核射线及其与物质的相互作用.ppt
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1、第一章第一章 核射线及其与物质的相互作用核射线及其与物质的相互作用原子结构示意图原子结构示意图1 基本概念基本概念一、原子结构一、原子结构 原子是由原子核和核外电子组成的,原子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射能量的状态称为定态定态(Stationary stateStationary state););能量最低的定态称为能量最低的定态称为基态基态(Ground stateGround state););能量较高的定
2、态称为能量较高的定态称为激发态激发态(ExcitedExcited state state)。)。原子核是由质子(原子核是由质子(p p)和中子和中子(n)n)组成的,组成的,质子和中子统称为核子(质子和中子统称为核子(nucleonnucleon),),质子带质子带正电,其电量与电子的电量相等,中子不带电。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质子数和中子数之和称为原子核的质量数(A)A)。(也就是化学里的原子量)也就是化学里的原子量)二二、核核素素(nuclide)nuclide)具具有有特特定定的的质质量量数数、原原子子序序数数和和核核能能态态的的
3、原原子子,统统称称为为核核素素。可可用用通通式式A AX X表表示示,目目前前已已知知的的元元素素虽虽仅仅100100多多种种,但但已已知知的的核核素素却却有有27002700多多种种。核核素素可可分分为为稳稳定定性性核核素素与与放放射射性性核核素素二二种种,其其中绝大多数为放射性核素。中绝大多数为放射性核素。三三、同同位位素素(isotopeisotope)凡凡原原子子核核内内质质子子数数相相同同(原原子子序序数数相相同同),),而而中中子子数数不不同同的的一一类类原原子子,彼彼此此互互称称为为同同位位素素,比比如如:1 1H H、2 2H H、3 3H H互互称称为为同同位位素素。每每种种
4、同同位位素素也也是一种核素。是一种核素。四四、同同质质异异能能素素(isomerisomer)核核内内质质子子数数和和中中子子数数均均相相同同,但但所所处处能能量量状状态态不不同同的的核核素素。如如9999TcTc与与9999m mTcTc,99m99mTcTc是是处处于于激激发发态态的的原原子子核核,激激发发态态向向基基态态过过渡渡时时将将放放出出多多余的能量。余的能量。2 核的稳定性和放射性衰变核的稳定性和放射性衰变 一、原子核的稳定性:一、原子核的稳定性:取决核子之间的取决核子之间的引力和短程核力。只有当中子数和质子数引力和短程核力。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
5、平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。衡原子核才是稳定的。二、衰变类型二、衰变类型 (一一)衰衰变变(alpha alpha decay)decay):指指母母核核放放出一个出一个粒子(氦原子核)的过程。粒子(氦原子核)的过程。比如比如226226Ra(Ra(镭镭)衰变式如下:衰变式如下:226 226RaRa222222粒子的质量大且带电荷,故射程短,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张纸就可屏蔽,因而不适合作核医学显像用。但用。但粒子对局部的电离作用强,对开粒子对局
6、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展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。在的优势。(二)(二)衰变衰变(beta decay)beta decay)(1)(1)-衰衰变变:指指母母核核放放出出一一个个负负电电子子的的过过程程。-衰变发生在中子过剩的原子核。衰变发生在中子过剩的原子核。比如:比如:3333P(P(磷磷)衰变式如下:衰变式如下:3232PP3232S+eS+e-1-1+1.711 Mev+1.711 Mev -衰衰变变时时放放出出一一个个-粒粒子子和和反反中中微微子子,核核内内一一个个中中子子转转变变为为质质子子,因因而而子子核核比比母母核核中中子子数
7、数减减少少1 1,原原子子序序数数增增加加1 1,原原子子质质量量数数不不变变。-射射线线的的本本质质是是高高速速运运动动的的电电子子流流,-衰衰变变时时,衰衰变变能能随随机机分分配配给给-粒粒子子和和反反中中微微子子,因因而而-粒粒子子的的能能量量分分布布形形成成连连续续能能谱。谱。-粒粒子子穿穿透透力力弱弱,例例如如2 2MevMev的的-粒粒子子在在软软组组织织中中的的射射程程约约为为2 2cmcm,不不能能用用于于核核医医学学显显像像。某某些些-核核素素可可用用于于核核素素治治疗疗,例例如如:131131I I用用于于治治疗疗甲甲亢亢和和甲甲状状腺腺癌癌,3232P P可可用用于于血血
8、液液和和皮皮肤肤病的治疗。病的治疗。(2)(2)+衰衰变变:指指母母核核放放出出一一个个正正电电子子的的过过程程。发发生生在在中中子子缺缺乏乏的的核核素素,也也可可认认为为是是质子过剩。比如:质子过剩。比如:1313N(N(氮氮)衰变式如下:衰变式如下:13 13NN1313C+C+1.190 Mev +1.190 Mev 衰衰变变时时放放出出一一个个+粒粒子子和和中中微微子子,核核内内一一个个质质子子转转变变为为中中子子。正正电电子子的的射射程程仅仅1-1-2 2mmmm即发生湮灭辐射。即发生湮灭辐射。(3)(3)电电子子俘俘获获(electron electron capture capt
9、ure decaydecay,EC)EC)核核内内的的一一个个质质子子可可以以俘俘获获一一个个核核外外电电子子并并发发射射一一个个中中微微子子而而转转变变为为一一个个中中子子,所所形成的子核质量数不变,原子序数少形成的子核质量数不变,原子序数少1 1。比如比如125125I(I(碘碘)衰变式如下:衰变式如下:125 125I+eI+e-125125Te(Te(碲碲)+)+0.0355 Mev+0.0355 Mev。原原子子核核发发生生电电子子俘俘获获后后,外外层层电电子子留留下下一一个个空空轨轨道道,更更外外层层电电子子填填补补空空轨轨道道,将将多多余余的的能能量量以以电电磁磁辐辐射射或或光光
10、子子流流的的形形式式释释放放出出去去,这这种种电电磁磁辐辐射射或或光光子子流流称称为为“标识标识X X线线”。(三)(三)跃迁跃迁(transition)transition)1 1、同同质质异异能能跃跃迁迁(isomeric isomeric transition)transition):原原子子核核发发生生衰衰变变、衰衰变变后后的的子子核核吸吸收收衰衰变变能能处处于于激激发发态态,激激发发态态的的子子核核向向基基态态过过渡渡时时将将多多余余的的能能量量以以电电磁磁辐辐射射或或光光子子流流的的形形式式释释放放出出去去,这这种种电电磁磁辐辐射射或或光光子子流流称称为为射射线线,这这个个过过程程
11、称称为为衰衰变变。9999m mTcTc(锝锝)衰变式如下:衰变式如下:9999m mTcTc9999Tc+Tc+2 2、内转换内转换(internal conversion)internal conversion):激发态的原子激发态的原子核从激发态跃迁到基态时不放出核从激发态跃迁到基态时不放出射线,而将多余射线,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,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。该自由电子称为内转换电子。3 3 核衰变规律核衰变规律一一、衰衰变变
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- 射线 及其 物质 相互作用
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