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第五章 核医学物理本讲稿第一页，共七十四页第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型 第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源第五章 核医学物理 本讲稿第二页，共七十四页一、原子核的组成和质量二、核素及分类三原子核的稳定性第一节 原子核的基本性质 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三页，共七十四页1原子核组成 由质子(proton)和中子(neutron)组成的。质子和中子统称为核子(nucleon)。2原子质量 原子的质量等于原子核质量加上核外电子质量，再减去相当电子全部结合能的数值，一般电子组成原子的结合能很小，原子核质量等于原子质量与核外电子质量之差。一、原子核的组成和质量第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第四页，共七十四页 mp=1.007276 u mn=1.008665 u 一、原子核的组成和质量 质子和中子质量分别记作mp和mn。微观粒子质量很小，原子核物理学中常用“原子质量单位(atomic mass unit)”来量度它们，记为“u”。SI规定:一个原子质量单位等于 原子质量的1/12。即第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源 kg10 82(83)5387 1.660 1u-27=本讲稿第五页，共七十四页3.核力(nuclear force)其具有以下四种特征：(1)核力与电荷无关(2)核力是短程强吸引力(3)核力具有饱和性一、原子核的组成和质量 将质子和中子结合在一起的特殊力。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六页，共七十四页1.核素 二、核素及分类 原子核物理中把原子核内的Z，N和能量状态都相 同的原子核统称为核素(nuclide)2.按照稳定程度分类稳定性核素放射性核素（1）稳定性核素没有外来作用时，不发生核内结构或能级的变化的核素第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第七页，共七十四页（2）放射性核素(radioactive nuclide)。天然放射性核素铀、钋和镭等人工放射性核素钴、铯和铱等二、核素及分类能自发地放出某种射线而转变为别种核素 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第八页，共七十四页2.按照Z与A的分类同位素同量异位素同质异能素（1）同位素(isotope)质子数Z相同而质量数A不同的核素氢有 、和 三种核素，分别叫做氢（氕）重氢（氘）和超重氢（氚）二、核素及分类 同位素占该元素总量的百分数称为该同位素的丰度(isotope abundance)第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第九页，共七十四页（2）同量异位素(isobar)质量数A相同而质子数Z不同的原子核（3）同质异能素(isomer)质量数A和质子数Z均相同而处于不同能量状态的核素二、核素及分类第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十页，共七十四页1质量亏损 原子核质量与组成它的所有核子质量总和之差称为质量亏损。例 核是由1个中子和1个质子组成，因此，可知它们的质量和应该为 但是，实际测量表明：1个 核(不是原子)质量仅为 2.013553 u。三原子核的稳定性mn+mp=1.008665 u+1.007276 u=2.015941 u。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十一页，共七十四页由此两者质量相差（质量亏损）为根据爱因斯坦质能关系方程该式表示，原子核的质量亏损等效于原子核合成时有能量放出。三原子核的稳定性1质量亏损第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源u002388.0u13553.2u015941.2=-=DM2McED=D本讲稿第十二页，共七十四页2.平均结合能 由单个核子结合成原子核时放出的能量称为原子核的结合能。任一个原子核 的平均结合能 定义为：三原子核的稳定性第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源 设原子核的结合能为 ，核子数为A，则 称为平均结合能。AE/D=DeAcmNmZmAMcAEA/)(/2np 2-+=D=D=De本讲稿第十三页，共七十四页 式中Z，N分别表示质子数和中子数，mp，mn，mA分别表示质子、中子和原子核的质量。三原子核的稳定性 等式右端括号内就是Z个质子和N个中子结合成原子核时的质量亏损，即第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源AmNmZmM-+=Dnp本讲稿第十四页，共七十四页3.原子核的稳定性 在原子核物理学中常用平均结合能来表示原子核的稳定性。因为平均结合能的大小可以表示原子核结合的松紧程度，平均结合能越大，则原子核分解为单个核子所需要的能量就越大，原子核就越稳定。三原子核的稳定性第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十五页，共七十四页是原子核的平均结合能曲线三原子核的稳定性 中等质量原子核平均结合能比轻核和重核大，中等质量的核比较稳定。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十六页，共七十四页 重核区(质量数A-209)时，由于质子数增多，静电斥力迅速增大，使平均结合能减少，核子之间结合比较松散，原子核也就显示出不稳定性。三原子核的稳定性是原子核的平均结合能曲线第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十七页，共七十四页 所以，天然放射性核素大多数都是原子序数较大的重核，它们能够自发地衰变而放出射线。另外，如果核内的中子数与质子数比例失调，原子核也可能不稳定。原子核的稳定性还与核内质子数与中子数的奇偶性有关，当原子核内的质子数和中子数都是偶数时，原子核最稳定。三原子核的稳定性第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十八页，共七十四页第二节 原子核衰变的类型 放射性核素自发放出射线变为另一种核素的过程称为原子核衰变，简称核衰变。放射性核素衰变类型衰变衰变衰变 核衰变过程将遵守质量、能量、动量、电荷和核子数守恒定律。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第十九页，共七十四页第二节 原子核衰变的类型 一、衰变二、衰变三、衰变四、衰变纲图第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十页，共七十四页一、衰变 放射性核素放出粒子而衰变为另一种核素的衰变过程，称为衰变。衰变前后的质量数A和电荷数Z守恒，子核的质量数比母核的质量数少4，子核的电荷数比母核的电荷数少2 子核在元素周期表中的位置要向前移动两位，这种规律称为衰变的位移定则。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十一页，共七十四页用 代表母核，代表子核，则衰变反应式为式中Q是衰变时所放出的能量，称为衰变能。实验表明，发生衰变的核素中，少数几种核素能够放射出单能的粒子，大多数核素将放射出几种不同能量的粒子，使子核处于激发态或基态。射线的能谱是不连续的线状谱，常伴有射线。一、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十二页，共七十四页 核衰变过程可以用衰变能级图，镭 放出粒子变成氡 ，其过程为镭的衰变一、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十三页，共七十四页二、衰变 原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统称为衰变过程。子核与母核是相邻的同量异位素。衰变衰变+衰变电子俘获衰变的三种形式 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十四页，共七十四页1-衰变 衰变时，母核X放出一个负电子而转变成子核Y，子核的电荷数比母核的电荷数增加1。质量数不变，子核在元素周期表中的位置比母核后移一位，这就是衰变的位移定则。核内放出粒子（负电子 ）的衰变过程。二、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十五页，共七十四页其一般过程为 反中微子与其他粒子的相互作用极其微弱，它沿地球直径穿过能量几乎没有损失。式中，是反中微子，它不带电，其静止质量基本为零。子核与母核是相邻的同量异位素。二、衰变1-衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十六页，共七十四页 和 的衰变二、衰变1衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十七页，共七十四页2+衰变 核内放出+粒子（正电子）的衰变过程。+衰变时，母核X放出一个正电子而转变成子核Y，子核的电荷数比母核的电荷数减少1，而质量数相同，子核在元素周期表中的位置比母核向前移动一位，这就是+衰变的位移定则。二、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第二十八页，共七十四页 +粒子是带1个单位正电荷且静止质量与电子相等的粒子。这种衰变只有在人工放射性核素才能发生。+衰变实际上是核内质子数偏多而中子数偏少，母核中的一个质子（）同时发出一个正电子和中微子转变为一个中子（）的过程。其一般过程为 式中 是中微子，它不带电，其静止质量基本为零。子核和母核也是相邻的同量异位素。二、衰变2+衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源QAZAZ+e011-eYX本讲稿第二十九页，共七十四页 +粒子是不稳定的，只能存在短暂时间，当它被物质阻碍失去动能后，可与物质中的电子相结合而转化成一对沿相反方向飞行的光子，每个光子的能量为0.511MeV，正好与电子的静止质量相对应。核医学诊断所用的正电子ECT(简称PET)影像设备就是利用该原理而成像。二、衰变2+衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十页，共七十四页 和 的+衰变图二、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十一页，共七十四页3.电子俘获 发生衰变的原子核俘获一个核外电子，同时放出一个中微子，使核内一个质子转变为中子的衰变过程称为电子俘获(electron capture,EC)。衰变时母核俘获一个K层电子称K俘获。有L俘获和M俘获。K层最靠近原子核，K俘获的发生概率最大。二、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十二页，共七十四页其过程为 一个内层电子被原子俘获后，原子核的外层电子会立即将这一空位填充这个能量以标识X射线的形式放出，使另一外层电子电离，成为自由电子，这种被电离出的电子称为俄歇电子(Auger electron)。二、衰变3.电子俘获第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十三页，共七十四页 的电子俘获衰变图二、衰变右图放射性核素发生衰变或电子俘获后，母核和子核的质量数并未发生变化，只是电荷数改变了。母核与子核属于同量异位素3.电子俘获第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十四页，共七十四页1.衰变 原子核从激发态(excited state)回复到基态(ground state)，以发射光子释放过剩的能量，这一过程称为衰变。激发态的原子核常是在衰变、衰变或核反应之后形成。射线的本质是中性的光子流。射线是一种电磁辐射。在放出射线过程中，原子核的质量数和电荷数都不改变，只是核的能量状态发生变化，故跃迁是属于同质异能跃迁。三、衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十五页，共七十四页 例如,是衰变核素。衰变时放出射线，产生子体放射性核素 ，其半衰期为66.02h。然后，发射射线回到基态 ，其半衰期为6.03h。的衰变第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源三、衰变本讲稿第三十六页，共七十四页 在多数情况下，原子核处于激发态的时间很短暂，无法测出其时间间隔。可认为这两种衰变是同时进行的。例如，衰变同时放出射线和 射线。放出一定能量的、单纯衰变核素是核医学显像的最佳选择。如果用 表示的同质异能素 ，衰变可用下式表示第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源QAZAZ+XXm三、衰变本讲稿第三十七页，共七十四页2.内转换 原子核从激发态向低能态跃迁时，并不能够辐射光子，而是将多余能量直接传递给核外内层电子，使其成为自由电子，这种现象称为内转换(internal conversion,IC)。所放出的电子叫内转换电子(internal conversion electron)参与内转换的主要是K层电子，偶然也有L层或其他层电子。内转换发生后，将在原子的K层或L层留下空位，因此，还会有标识X射线或俄歇电子出现，这与电子俘获的情况相同。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源三、衰变本讲稿第三十八页，共七十四页四、衰变纲图 放射性核素衰变过程可用衰变纲图(decay scheme)来表示，前面几幅图均为衰变纲图。图中最下面的横线表示原子核的基态，上面的各横线分别表示子核的激发态。两能级之间的能量差表示衰变能。斜线上标示衰变类型、粒子的动能和衰变百分比。箭头向左倾斜；发生-衰变，箭头向右倾斜；向下垂线表示衰变。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第三十九页，共七十四页第三节 原子核衰变的宏观规律 一、放射性指数衰变规律二、核衰变有关的物理量三、递次衰变四、放射平衡五、放射性计数的统计规律第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第四十页，共七十四页一、放射性指数衰变规律放射性核素在衰变时都遵循着共同的宏观基本规律 它表明放射性核素衰变是按照指数衰减的规律减少的。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源时，tNNdd-=teNN-=0本讲稿第四十一页，共七十四页一、放射性指数衰变规律有效半衰期人体排泄作用使核素数量按指数规律减少对应一个衰变常数称生物衰变常数人体内放射性核素总减少量则平均寿命单位 s放射性核素平均存在时间第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源bpe=+bpe11TTT+=T44.11=t本讲稿第四十二页，共七十四页二、核衰变有关的物理量1、衰变常数等于单位时间内衰变的核数与当时存在的核数之比描述放射性核素衰变快慢物理量是由原子核本身性质决定单位 s-1第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源tNNd/d-=本讲稿第四十三页，共七十四页二、核衰变有关的物理量 如果一种核素同时发生n种类型的核衰变，它们的衰变常数分别为1，2，n总的衰变常数等于各衰变常数之和第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源n+=L21本讲稿第四十四页，共七十四页二、核衰变有关的物理量2、半衰期(half life)T1/2 特定能态放射核的数量自发核衰变减少到原来核数一半所需的时间单位常用年(a)、天(d)、小时(h)、分(min)和秒(s)表示不同的放射性核素半衰期的差别可能很大例如，天然铀中的核素,其半衰期为T1/2=4.47109a核素 的半衰期为T1/2=2.28h第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第四十五页，共七十四页二、核衰变有关的物理量 半衰期 与衰变常量成反比。显然大，就短，衰变就快 1/2 1/2衰变定律也可表达为2、半衰期(half life)T1/2第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源21)21(0TtNN=T0.693ln221=本讲稿第四十六页，共七十四页二、核衰变有关的物理量3、生物衰变常数b 假定由于人体的排泄作用使核素数量的减少也按指数规律变化，这样它也对应一个衰变常数，称为生物衰变常数b 人体内放射性核素总的减少量dN=-(p+b)N dt=-e N dtp 为物理衰变常数，e=p+b为有效衰变常数第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第四十七页，共七十四页二、核衰变有关的物理量物理半衰期生物半衰期有效半衰期 有效半衰期比物理半衰期和生物半衰期都短。几种常见的放射性核素的半衰期如下表所示。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源p2/p2ln=Tb2/b2ln=Te2/e2ln=T2/b2/p2/e111TTT+=本讲稿第四十八页，共七十四页二、核衰变有关的物理量几种放射性核素半衰期放射性核素符 号半衰期镓-6868.3min锝-996.02h金-1982.7d碘-1318.04d磷-3214.3d汞-20346.9d钴-605.27d锶-9028a铯-13730a碘-12560d第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第四十九页，共七十四页二、核衰变有关的物理量4、平均寿命 原子核总数一定的放射源，原子核在衰变过程中的平均存在时间称为放射性核素的平均寿命(mean life)，以表示。它具体反映的是某种放射性核素平均存在的时间，SI单位是秒(s)。若t时刻母核数为N，则在dt内母核衰减数为-dN，可认为这“-dN”个母核中每个核的寿命都是t。第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第五十页，共七十四页二、核衰变有关的物理量t=0时，N=N0，t时，N0它们的寿命总和平均寿命第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源000000ded)d(NttNtNtNtNt=-t1=t693.00.693ln221=T4、平均寿命本讲稿第五十一页，共七十四页单位时间内衰变的原子核数5、放射性活度单位贝可(勒尔)Bq 1Bq=1s-1居里（1Ci=3.71010Bq）毫居里(mCi)微居里(Ci)二、核衰变有关的物理量第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源ttANNtNA-=-=eedd00本讲稿第五十二页，共七十四页(1)当核素一定，一定 AN在体外测得活度值正比于体内对应位置放射性核素数目，核素显像基本原理之一(2)两种核素N相同不同短寿命核素的活度大(3)A一定满足体外测量一定活度放射性核素寿命越短，所需数量越少临床应用短寿命核素的原因二、核衰变有关的物理量第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源1At=1Nt=本讲稿第五十三页，共七十四页三、递次衰变 第一代子核B衰变速率递次衰变A(母核)B(第一代子核)C(第二代子核)D第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源0=t0)0()0(,)0(3201=NNNN22112d)(dNNttN-=)(e)0()(2111212tteNtN-=本讲稿第五十四页，共七十四页第二代子核C稳定 第二代子核C不稳定第i代子核衰变规律三、递次衰变 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源03=)(d)(d223tNttN=-=-)e1(1)e1(1)0()(2121112213ttNtN03=)()(d)(d33223tNtNttN-=)eee)(0()(32132113tttAAANtN-+=).)(0()(21211tittiiekekekNtN-+=本讲稿第五十五页，共七十四页四、放射平衡 1.暂时平衡子核数量按母核衰变规律变化两者数目保持与t无关的暂时固定的比例。各代核的数量比与时间无关放射平衡且第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源211e)(12-t本讲稿第五十六页，共七十四页子核B数目达到最大值最大值最大值时时 刻刻四、放射平衡 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源12112)()(-=tNtN12212-=AA2121mln1-=t122)(0(211m2-=NN0dd2=tN1.暂时平衡本讲稿第五十七页，共七十四页2.长期平衡 且时间足够长t7T2 1N1=2N2 A1=A2 四、放射平衡 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源21)e1)()(21212ttNtN-=27Tt=)()(1212tNtN=本讲稿第五十八页，共七十四页对于多代的情况，只要母核半衰期远大于子核，则会出现这种长期平衡。整个系列达到长期平衡时，各代活度均相等。母核半衰期比子核长得多 ，观察时间足够长 ，子核数目及活度达到饱和，其活度与母核相等。四、放射平衡 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源21TT 27Tt ANNN=nn2211.本讲稿第五十九页，共七十四页3.不成平衡母核半衰期远小于各代子核，经一定时间后，母核几乎全部转变为子核。其后，子核按自己的方式衰变。四、放射平衡 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六十页，共七十四页计数测量对象、环境不变，多次计数测量数值大小在一个数值上下起伏的现象1.放射性计数的统计涨落2.放射性计数的统计规律放射性计数是大量随机事件统计平均的一种结果计数较大趋向高斯分布计数频数呈泊松分布偶然误差的对称分布五、放射性计数的统计规律 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六十一页，共七十四页五、放射性计数的统计规律 变异系数CV一次测量计数N标准差ss和CV反映测量值离散程度重复测量结果68出现在N-s到N+s之间一次性计数表示第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源Ns=NNNCV1=2.放射性计数的统计规律本讲稿第六十二页，共七十四页五、放射性计数的统计规律 计数率标准误差相对标准误差计数率可表示为第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源tNn=xSnSxtNtnS=xNntnS11x=)11()1(xxNnnSnSn=2.放射性计数的统计规律本讲稿第六十三页，共七十四页五、放射性计数的统计规律 可信度68%根据误差传递法则实际测量存在本底计数净计数率总计数率 本底计数率第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源BTSnnn-=计数率n出现在 到 之间的概率xSn-xSn+tBntTnsssBT22xSxBxT+=+=BTBTSxSnntBntTnns-+=BnTn2.放射性计数的统计规律本讲稿第六十四页，共七十四页第四节 原子核反应一、核反应的一般概念 二、中子及分类 三、中子核反应 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六十五页，共七十四页1.核反应具有一定能量的粒子如氦核3He或4He()氘核2H(d)、质子(p)、中子(n)、光子()等轰击原子核(靶核)，使之转变为另一原子核重核裂变重原子核经中子轰击分裂为质量大致相等两部分和到个中子，同时放出大量热量中子轰击235U反应一、核反应的一般概念 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源bYaX+AZAZQ+n2SrXenU109538139541023592本讲稿第六十六页，共七十四页按入射粒子种类分中子核反应、质子核反应、光反应轻离子核反应、重离子核反应按入射粒子能量分按靶核的质量分轻核反应(A30)、中核反应(3090)低能核反应(140MeV)、中能核反应(1GeV)2.核反应的类型一、核反应的一般概念 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六十七页，共七十四页3.电子对湮灭 衰变中产生的大约在1.5mm之内的范围内与电子发生湮灭。据能量守恒和动量守恒，电子对湮灭过程中，必然产生一对飞行方向相反、能量为0.511MeV的光子即双光子。所有核反应过程同核衰变一样严格遵守质量(能量)守恒、动量守恒、电荷数守恒等守恒定律一、核反应的一般概念 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六十八页，共七十四页二、中子及分类 不带电 穿透强 易衰变(T=12min)热中子(E1eV)中能中子(1eVE0.1MeV)快中子可由易裂变核素 如233U、235U、239Pu、241Pu等产生。快中子同含有一定量轻原子核(1H、2H、12C、9Be)的物质中的轻原子核碰撞，通过能量传递、速度减慢，直至与周围介质分子热运动达到平衡。中子性质分类第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第六十九页，共七十四页三、中子核反应 中子与原子核相互作用中子核反应首先获得中子源自然界不存在自由中子 利用反应堆提供高通量中子流照射靶材料生产放射性核素第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第七十页，共七十四页第五节、医学放射性核素的来源 一.反应堆生产放射性核素 二.回旋加速器生产医用放射性核素 三.放射性核素发生器生产医用放射性核素 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第七十一页，共七十四页化学处理后生产出医用放射性核素以235U和239Pu为核燃料的反应堆(n,f)裂变反应 裂变过程中产生的中子(n)来轰击靶物(n,)、(n,p)、(n,)、(n,2n)等核反应 丰中子核素一.反应堆生产放射性核素 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第七十二页，共七十四页短和超短寿命贫中子核素回旋加速器加速带电粒子p、d、3 He轰击靶物质产生核素化学分离高纯度的放射性核素衰变电子俘获照相机、SPECT和PET显像二.回旋加速器生产医用放射性核素 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第七十三页，共七十四页以长半衰期母体核素和短半衰期子体核素的“衰变生长”关系为基本原理“母牛”装置最常用99MO 99mTc发生器三.放射性核素发生器生产医用放射性核素 第一节 原子核的基本性质第二节 原子核衰变的类型第三节 原子核衰变的宏观规律第四节 原子核反应第五节 医用放射性核素的来源本讲稿第七十四页，共七十四页