核医学第1章 核医学物理基础

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1、安徽医科大学易启毅第1章核医学物理基础2014-2-17核医学第一节核物理基本概念核衰变方式第二节射线与物质的相互作用第四节核医学物理基础放射性核衰变的基本规律第三节第一节核物理基本概念原子和原子结构原子（atom）是构成元素的基本单位，不同元素的原子具有不同的性质，但是原子的基本结构大致相同。每层能容纳的电子数为2n2（n代表第几壳层）原子和原子结构氢原子只有一个电子，其质量为9.108*10-28g，它的原子核（只有1个质子）质量为1.672*10-24g，原子核的质量是核外电子的1836倍。一般用原子核

2、的质量数代表整个原子的质量。国际上统一规定将126C的1/12作为原子质量单位（atomicmassunit,u）。质子、中子和电子的静止质量分别为1.007276470u、1.008665012u，0.00054858026u原子核由质子和中子组成，它们统称为核子。通常采用XN表示原子的结构，其中X代表元素符号，Z代表质子数，N代表中子数，A代表原子的质量数，因为元素符号本身就确定了质子数，N=A–Z,故原子结构亦可简便地只记元素符号和质量数AX，如131I、18F。质子带一个正电荷，中子呈电中性，核外电子

3、带负电荷，原子核的正电荷(质子)数目与核外电子数相等，所以原子本身呈电中性。原子核原子核的能级：原子核中的核子在不断运动，原子核因核子运动状态不同而处于不同的能量状态。一般情形下，原子核都处于能量最低的状态，称为基态。在一定条件下(如核衰变)，原子核可暂时处于较高能量的状态，称为激发态。处于激发态的核都不稳定，会释放出过剩的能量而回到基态。原子核的能量状态核外电子首先占据能量低的状态，即称为基态。原子在加热或受射线照射时，内层电子就可能获得能量而跳跃到能量较高的外层上，这样的状态称为激发态。处于激发态的原子不

4、稳定，会释放能量使外层电子跃迁到内层、整个原子即从激发态回到基态。核外电子的能量状态元素:凡原子核内的质子数相同的一类原子称为一种元素。现已发现100多种元素。元素、核素、同位素、同质异能素元素凡原子核内的质子数相同的一类原子称为一种元素。现已发现100多种元素。核素原子核的质子数、中子数和原子核所处的能量状态均相同的原子属于同一种核素。现在已知有2000多种核素。同一种核素化学性质和核性质均相同，是某一原子固有的特性征。元素、核素、同位素、同质异能素同位素凡原子核具有相同的质子数而中子数不同的元素互为同位素

5、。如125I、131I、132I均有53个质子，但中子数不同，在元素周期表中处于同一位置，是同一元素-碘元素。一种元素往往有几种甚至几十种同位素。一个元素所有同位素，其物理性质可能有所不同，但都具有完全相同的核外电子结构，大部分同位素化学和生物性质基本相同。因此，医学上才能利用核探测的高灵敏性，以放射性同位素标记生物活性物质或药物等进行实验研究和诊断疾病。同质异能素核内中子数和质子数都相同但能量状态不同的核素彼此称为同质异能素。在核素右上角加上一个字母m，表示处于激发态（excitedstate）或亚稳态（m

6、etastablestate）。如99Tcm，也常写成99mTc99mTc与99Tc互为同质异能素。放射性核衰变不稳定核素的原子核能自发地发生核内成分或能态的改变而转变成另一种核素，同时释放一种或一种以上的射线。这种变化过程称为放射性核衰变，简称核衰变。这种不稳定的核素称为放射性核素。放射性核素按其来源可分为天然和人工两大类。原子核能稳定地存在，不会自发地发生变化的核素称为稳定性核素。（一般以半衰期109年为界）放射性核衰变226Ra放出的三种射线在电场中的表现核稳定性的影响因素核稳定性的影响因素原子核中子和

7、质子的数目保持一定的比例才能稳定，不会自发地发生变化而稳定地存在。原子量较小的核素，N/Z=1时原子核是稳定的。当质子数较多时（一般为Z＞20），质子数多了，斥力增大，必须有更多的中子使核力增强，才足以克服斥力，保持核稳定，N/Z可达1.5左右。如果质子数太多，无论怎样改变中子质子比例，也无法使核保持稳定，故天然存在的原子序数大于82的核素均为放射性核素。（如83号元素Bi在2003年被发现有极其微弱的放射性）原子核中质子数过多或过少，或者中子数过少或过多，原子核便不稳定。①中子质子比例不平衡，主要发生β衰变

8、；②核子总数过多：（Z＞82），均为放射性核素，主要发生α衰变。核稳定性的影响因素总结质量亏损原子核的质量总是小于组成它的核子的质量之和，这一差值称为原子核的质量亏损。自由核子结合成原子核的时候，有能量释放出来，这种能量称为原子核的结合能。广义的质量亏损：体系变化前后静止质量之差。放射性核素衰变前后的静止质量总是有差异的，且衰变产物的全部质量小于放射性核素母体原有的质量，故所有核衰变存在质量亏损。衰