核物理与辐射防护基础知识

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1、上篇检验核医学基础知识与方法学第一章核物理与辐射防护基础知识.核医学的各个分支学科都是研究核素及其相关技术在医学中应用的理论与方法的科学。因此，学习和从事检验核医学的人员，必须掌握并科学、合理、规范地应用这门学科的基础知识，必须对核物理学及核辐射防护的基本知识有清晰的认识。第一节核素与核衰变一、核素（一）原子核组成任何一种物质都是由许多同样的分子组成。分子是由相同的或不同的原子结合而成，而原子是任何一种化学方法都不能分解的最小粒子。分子是保持该物质基本化学性质的最小个体。它的种类虽然是无穷无尽的，但它们都是由100多种基本成分组成的。这些基本成分叫元素，元素的最小单位是原子。各种元素的原子，其

2、组成不同，但结构相似。均由原子核和按一定轨道绕核运行的电子组成。原子核原子的中心带正电荷，核外电子带负电荷。在通常情况下，核外电子与核电荷数相等，原子呈中性。核外电子绕核运行，其状态由四个量子数来确定，且在一个原子系统内不可能有两个或两个以上的电子具有相同的状态。绕核运动的电子组成许多壳层，每层能容纳的电子数为2n2个，主量子数n相同的电子属于同一壳层，对应于n=1，2，3，……的壳层分别用K，L，M，N，O，……来表示。各壳层上的轨道电子分别具有一定能量，距核越远，位能越高。原子核不是最小粒子，它是由一种力量强大而作用范围很小的核力（Nuclearforce）将若干个质子（proton简称p

3、）和中子（neutron简称n）等聚合在一起而形成的。质子和中子统称为核子（Nucleon），质子带有正电荷，其电量在数值上等于一个电子电量（1.602×10-19库仑），而中子是不带电荷的中性粒子。质子和中子的质量相差很小，稍大于1个原子质量单位（Atomicmassunit，简写amu，1amu＝1/12的12C质量）。若以原子质量（u）来量度，质子质量mp=1.0072675u，中子质量mn=1.008650u。将1amu定义为1个质量数(Massnumber)，质量＜1amu的质量数为零，故p、n的质量数均为1。原子核内质子数和中子数之和称为原子核的质量数（massnumber），也叫

4、核子数（nucleonnumber），它是一个整数，以A表示；原子核的质子数就是元素周期表中的原子序数（atomicnumber），通常以Z表示，原子核的中子数N=A-Z。若用X代表元素符号，则任何一种元素的原子核可以用X表示，如Li它的质量数为7，质子数（Z=A-N）为3。实际上，由于每一元素在周期表中的原子序数是一定的，因此只要用AX就足以表明一个原子核的组成了，通常Z可以省略不写，如1H，4He，7Li，125I等。（二）原子核的分类原子核的种类和能态分别用符号X和mX来表示。X代表核的名称（与原子、元素名称相同），质量数A后之m表示该原子核处于高能状态，即激发态（Excitedstat

5、e），又称亚稳态；无m者则为基态（Groundstate）。例如：符号31H表示该原子核的名称为H（氢），是由1个质子（Z＝1）和2个中子（A＝1＋2＝3）组成，且处于基态；符号mTc，表示该原子核名称为Tc（锝），由56个n和43个p组成，处于激发态。原子核是物质，具有质量和能量两个基本的属性。从这两个基本属性出发，可将大千世界中无法统计的，名目繁多的原子核归纳为以下几类，并冠以不同的称谓。1．元素（Element）指具有相同质子数的一类原子核。视其p的数目赋予确定的名称、符号，称为某元素。迄今为止，已被科学家发现和人工制造的元素共有118种，在自然界存在的有92种。2．核素（Nuclide

6、）凡是原子核内的质子数相同（Z相同），中子数相同（即质子数与中子数之和相等，A相同），所处的能态也一致的一类原子核，称为某元素的某核素。例如：H、H、H是氢元素的三种核素，分别称谓氕、氘、氚；又如：C、C、C、C分别是碳元素的四种核素。可见，每一种元素都是由多个核素构成的。目前已知组成元素的核素多达2,000余个，其中人工制造的有1,600余个，天然存在的只有300多个（280多个稳定核素，60多个长寿命的放射性核素）。3．同质异能素（Nuclearisomer）指原子核内质子数相等，中子数相同，但所处能态不一致的核素间的相互关系称谓。例：Tc和mTc属同质（Z＝43，A＝99），但前者处于基

7、态，后者处于激发态。这两种核素互称同质异能素。4．同位素（Isotope）质子数相同而中子数不同的核素互称同位素，因为它们属于同一元素，在元素周期表中处于同一个位置，元素的Z相等；例如：H、H、H；C0、C0；I、I、I等。5．放射性核素与稳定性核素在目前已经发现的二千多种核素中，仅有274种为稳定性核素，其余均为不稳定性核素及放射性核素（Radioactivenuclide）。放射性核素具有下述