核射线及其与物质的相互作用ppt课件.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第一章 核射线及其与物质的相互作用 原子结构示意图 §1 基本概念 一、原子结构 原子是由原子核和核外电子组成的，原子核带正电，核外电子带负电，整个原子呈电中性的。核外电子在轨道上运动时不吸收也不辐射能量的状态称为定态（Stationary state）；能量最低的定态称为基态（Ground state）；能量较高的定态称为激发态（Excited state）。 原子核是由质子（p）和中子(n)组成的，质子和中子统称为核子（nucleon），质子带正电，其电量与电子的电量相等，中子不带电。质子数和中子数之和称为原子核的质量数(A)。(也就是化学里的原子量） 二、核素(nuclide) 具有特定的质量数、原子序数和核能态的原子，统称为核素。可用通式AX表示,目前已知的元素虽仅100多种，但已知的核素却有2700多种。核素可分为稳定性核素与放射性核素二种，其中绝大多数为放射性核素。 三、同位素（isotope） 凡原子核内质子数相同(原子序数相同),而中子数不同的一类原子，彼此互称为同位素, 比如：1H、2H、3H互称为同位素。每种同位素也是一种核素。 四、同质异能素（ isomer） 核内质子数和中子数均相同，但所处能量状态不同的核素。如99Tc与99mTc，99mTc是处于激发态的原子核，激发态向基态过渡时将放出多余的能量。 §2 核的稳定性和放射性衰变 一、原子核的稳定性：取决核子之间的引力和短程核力。只有当中子数和质子数的比例在一定的范围内才能使这两种力平衡原子核才是稳定的。 二、衰变类型 (一)α衰变(alpha decay)：指母核放出一个α粒子（氦原子核）的过程。 比如226Ra(镭)衰变式如下： 226Ra→222Rn+α+4.86Mev α粒子的质量大且带电荷，故射程短，穿透力弱，在空气中只能穿透几厘米，一张纸就可屏蔽，因而不适合作核医学显像用。但α粒子对局部的电离作用强，对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。 （二）β衰变(beta decay) (1)β-衰变：指母核放出一个负电子的过程。β-衰变发生在中子过剩的原子核。 比如：33P(磷)衰变式如下： 32P→32S+e-1+ υ +1.711 Mev β-衰变时放出一个β-粒子和反中微子，核内一个中子转变为质子，因而子核比母核中子数减少1，原子序数增加1，原子质量数不变。β-射线的本质是高速运动的电子流，β-衰变时，衰变能随机分配给β-粒子和反中微子，因而β-粒子的能量分布形成连续能谱。 β-粒子穿透力弱，例如2Mev的β-粒子在软组织中的射程约为2cm，不能用于核医学显像。某些β-核素可用于核素治疗，例如：131I用于治疗甲亢和甲状腺癌，32P可用于血液和皮肤病的治疗。 (2)β+衰变：指母核放出一个正电子的过程。发生在中子缺乏的核素，也可认为是质子过剩。比如：13N(氮)衰变式如下： 13N→13C+β++υ+1.190 Mev 衰变时放出一个β+粒子和中微子，核内一个质子转变为中子。正电子的射程仅1-2mm即发生湮灭辐射。 (3)电子俘获(electron capture decay，EC)核内的一个质子可以俘获一个核外电子并发射一个中微子而转变为一个中子，所形成的子核质量数不变，原子序数少1。 比如125I(碘)衰变式如下： 125I+e-→125Te(碲)+υ+0.0355 Mev。 原子核发生电子俘获后，外层电子留下一个空轨道，更外层电子填补空轨道，将多余的能量以电磁辐射或光子流的形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为“标识X线” 。 （三）γ跃迁(γ transition) 1、同质异能跃迁(isomeric transition)：原子核发生α衰变、β衰变后的子核吸收衰变能处于激发态，激发态的子核向基态过渡时将多余的能量以电磁辐射或光子流的形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为γ射线，这个过程称为γ衰变。99mTc(锝)衰变式如下： 99mTc→99Tc+γ 2、内转换(internal conversion)：激发态的原子核从激发态跃迁到基态时不放出γ射线，而将多余的能量直接交给核外壳层电子，使轨道上的电子获得足够能量后脱离轨道成为自由电子称之为内转换，该自由电子称为内转换电子。 §3 核衰变规律 一、衰变规律：对大量放射性核的群体进行研究，发现其衰变遵循一种普遍的衰减规律，即各种放射性核的群体（样品）其总的放射性核的数目N都随时间t按指数规律衰减。 衰变公式：