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1、放射物理 与防护,主讲：魏冀,第一节 放射性核素衰变类型 第二节 原子核的衰变规律 第三节 医用放射性核素的生产与制备 第四节 放射性核素的临床应用,第二章 核转变,第一节 放射性核素衰变类型,质量数,质子数,元素符号,元素,具有相同核电荷数（质子数）的同类原子的总称, 同类包括质子数相同的各种不同原子、以及各种状况下的原子或者离子（包括游离态和化合态）, 决定元素种类的因素：核电荷数（质子数）,如 H H+ H- 都表示氢元素,第一节 放射性核素衰变类型,核素,具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素, 决定因素：质子数和中子数, 不同的核素可能质子数相同、或中子数相同、或质量数相同
2、，或者三者都不同,第一节 放射性核素衰变类型,核素 （2000多种）,放射性核素（90%）,稳定核素,天然放射性核素,人工放射性核素（人造核素）,由反应堆和加速器制备,原子序数大于82的核素不稳定： 放射性核素衰变 或：核衰变（decay),第一节 放射性核素衰变类型,核衰变时放射出的三种射线,第一节 放射性核素衰变类型,衰变前后的 电荷数和质量数都守恒,在衰变过程中遵守质量守恒，电荷守恒，动量守恒和能量守恒。,种 类,当放射性物质连 续发生衰变时，原子 核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时就会伴随着辐射。这时，放射性物质发出的 射线中就会同时具 有、和三 种射线。,衰变,衰变,衰变,规 律,
3、衰变类型,1、衰变产生射线,本质：原子核内少两个质子和两个中子,子核在元素周期表中的位置将向前移2位，而质量数较母核减少4,第一节 放射性核素衰变类型,第一节 放射性核素衰变类型,1、衰变产生射线,原子核发生衰变的时候，子核一般处于基态，也有暂时处于激发态的，且能量状态是分离的,基态,激发态,第一节 放射性核素衰变类型,- 衰变,+衰变,电子俘获, 衰 变,原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变，统称为b衰变。,2、衰变,标识X射线或俄歇电子,第一节 放射性核素衰变类型,2、衰变,（一）-衰变,（二）+衰变,（三）电子俘获,标识X射线或俄歇电子,第一节 放射性核素衰变类型
4、,3.衰变和内转换（总是伴随射线或射线产生）,无论是 衰变还是内转换，原子核的组成都不改变，只是所处的状态发生改变,衰变：和衰变后的子核大部分处于激发态，并以射线的形式释放能量，发出光子（即射线），跃迁到较低的能态或基态，这种跃迁叫衰变。,内转换：原子核由激发态回到基态时，并不发射射线而是把全部能量交给核外电子，使其脱离原子的束缚而成为自由电子。,第二节 原子核的衰变规律,放射性核素衰变规律,放射性衰变规律是一个统计规律，只有当放射性核素的数目很大时才是适用的，而且必然伴随着衰变数目的涨落.,N0 是时间 t=0 时核素的数量 N 是t 时刻的数量, 称为衰变常数，是在单位时间内每个原子核的衰
5、变概率，它的量纲是时间的倒数,一、衰变规律,第二节 原子核的衰变规律,（一）衰变常数,值反映一个放射性核素在单位时间内衰变的规律，因而它是描写放射物放射衰变快慢的一个物理量。,一、衰变规律,放射性核素衰变服从指数规律。,当核素具有多种分支衰变时：,第二节 原子核的衰变规律,一、衰变规律,半衰期（公式）,有效半衰期,对大量统计样品而言，不能统计整体发生衰变的时间,半衰期与原子所处的物理状态和化学状态无关。,放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间,半衰期T（定义）,（二）半衰期T,第二节 原子核的衰变规律,1、“单个的微观事件是不可预测的”， 所以，放射性元素的半衰期，描述的是统计规律。 2、半衰
6、期的长短由核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。,一、衰变规律,（二）半衰期T,第二节 原子核的衰变规律,一、衰变规律,放射性衰变规律引入半衰期之后,半衰期的规律:,（二）半衰期T,第二节 原子核的衰变规律,一、衰变规律,（三）平均寿命,原子核在衰变前存在时间的平均值 .,与T的关系,平均寿命（定义）,衰变常数越大， 衰变越快， 平均寿命也越短,第二节 原子核的衰变规律,（四）放射性活度,一、衰变规律,放射性原子核在单位时间内发生衰变的核数 （衰变率）,A与T,放射性活度A (定义）,推导,单位是贝可勒尔（Bq） 1Bq=1次核衰变秒,常用单位：居里（Ci）,第二节 原子
7、核的衰变规律,当核素具有多种分支衰变时： 第i种分支衰变的部分放射性活度 总放射性活度 部分放射性活度随时间是按 衰减 而不是按 衰减的。 放射治疗中常用放射性比活度：单位质量放射源的放射性活度，单位是：贝可/克 。衡量放射性物质纯度的指标,（四）放射性活度,一、衰变规律,第二节 原子核的衰变规律,放射治疗中常用放射性比活度： 单位质量放射源的放射性活度 单位是：贝可/克 衡量放射性物质纯度的指标,（四）放射性活度,一、衰变规律,放射性物质通常包含： 放射性物质本身 相同物质同位素 与放射性元素相化合的其他元素的一些稳定同位素 有衰变的子和子核,放射性比活度高，含其他核素少，放射性物质纯度就高
8、,第二节 原子核的衰变规律,二、衰变平衡,连续逐代衰变叫做递次衰变。例：,这种由某一放射性核素开始递次衰减， 从而产生一系列放射性核素， 由此形成了一个放射系(radioactive series)。 目前已经发现天然存在的放射系有铀系、钍系和锕系。,母核核素,子核,第二节 原子核的衰变规律,二、衰变平衡,放射平衡: 母核的衰变过程遵从指数衰变规律，在递次衰变过程中，当满足一定条件时，各代子核的数量比，会出现与时间无关的现象.,（一）母体半衰期远大于子体半衰期的情况,长期放射平衡,在动态平衡时，母体与子体的放射性强度相等。,（二）母体的半衰期只比子体的半衰期大几倍,暂时放射平衡,（三）母体半衰
9、期小于子体半衰期,不成放射平衡,第二节 原子核的衰变规律,二、衰变平衡,由长寿命核素不断获得短寿命核素的分离装置叫核素发生器，俗称“母牛”。,（氡）,（镭）,第三节 医用放射性核素的生产与制备,一、放射治疗常用放射性核素及其生产,1.重水（慢化剂和冷却剂）2.铀棒3.石墨反射层4.热交换器5.防护层6.上部屏蔽塞7.控制棒8.垂直实验孔道9.中子探测器10.被照射物质11.水平实验孔道 重水型反应堆结构示意图,1.核反应堆中子照射生产,用核反应堆的中子轰击稳定性核素是获取人工放射性核素的主要方法。,第三节 医用放射性核素的生产与制备,（n，）反应,（n，p）反应,（n，）反应,一、放射治疗常用
10、放射性核素及其生产,用核反应堆的中子轰击稳定性核素是获取人工放射性核素的主要方法。 主要反应是（n， ） ，发生这类反应的中子能量较低，靶原子核俘获中子伴发光子；,中子能量较高,中子能 量较低,第三节 医用放射性核素的生产与制备,反应堆生产的医用放射性核素,富中子核素,第三节 医用放射性核素的生产与制备,2.从裂变产物中分离和提取,核反应堆中的核燃料235U（铀），或者239Pu(钚）裂变后产生许多裂变产物，可从中提取有价值的放射性核素。 由裂变产物中提取的放射性核素有90Sr（锶）、99Mo（钼）、131I、133Xe（氙）等。,一、放射治疗常用放射性核素及其生产,困难：裂变中提取比活度高的
11、放射性核素有一定难度，因为裂变产物中常含有同一元素的多种同位素，他们化学性质基本一致，很难分离,第三节 医用放射性核素的生产与制备,二、核医学常用放射性核素及其产生,1.放射性核素发生器,是一种从长半衰期母体核素中分离出短半衰期子体核素的分离装置。,第三节 医用放射性核素的生产与制备,常用的放射性核素发生器,2.回旋加速器生产,是指将带电粒子加速后轰击靶原子核制造放射性核素的装置，用它加速带电粒子，如质子、氘核、氚核、粒子。,第三节 医用放射性核素的生产与制备,二、核医学常用放射性核素及其产生,第三节 医用放射性核素的生产与制备,回旋加速器生产的医用放射性核素,第四节 放射性核素的临床应用,一
12、、放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用,1.131I治疗,其物理半衰期为8.04天，放射多种能量粒子-和光子。,通过射线的电离辐射作用，可对甲状腺疾病进行放射性治疗。,利用射线可进行甲状腺显像和功能检查。,第四节 放射性核素的临床应用,一、放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用,2.32P治疗,半衰期为14.28天，只发射-粒子而不发射光子,用于恶性肿瘤骨转移，腔内注射、皮肤病、血管瘤和恶性肿瘤的治疗，还用于真性红细胞增多症、原发性血小板增多症治疗等。,3.198Au(金）治疗,常用于腔内血管瘤、恶性肿瘤等治疗。,4.60Co（钴）治疗,发出能量分别为1.17 MeV和1.33MeV的两种射线，主要用于
13、治疗深部肿瘤，如颅脑内的肿瘤。,第四节 放射性核素的临床应用,一、放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用,5.放射免疫治疗,是将对肿瘤具有特异亲和力抗体用放射性核素标记后经一定途径引入体内，以肿瘤细胞为靶细胞，与相关肿瘤细胞表面抗原特异结合，使大量的放射性核素滞留在肿瘤细胞，对其进行集中照射，抑制或杀伤肿瘤细胞，而周围组织损伤较轻。,第四节 放射性核素的临床应用,二、放射性核素在核医学检查中的应用,（一）示踪诊断,1.直接探测,是用探测仪在体外直接探测示踪原子由体内发射的射线。,2.外标本测量,3.放射自显影,放射性核素发出的射线能使胶片感光，可利用胶片来探测和记录放射性。它是追踪标记药物或代谢物在
14、体内去向的一种有效方法。,将放射性药物引入体内，然后取其血、尿、粪或活体组织等样品，测量其放射性活度。,第四节 放射性核素的临床应用,（二）核素成像,1. 照相机,照相机常用的放射性核素有,二、放射性核素在核医学检查中的应用,第四节 放射性核素的临床应用,2.单光子发射型计算机断层成像SPECT,SPECT是先将示踪核素（如，99mTc（锝） ，131I，201Tl（铊），等）注入体内，本身成为一个发射体，再由探测器将示踪核素在机体内的吸收代谢，在器官或组织的分布测出,经计算机处理并重建图像。,二、放射性核素在核医学检查中的应用,第四节 放射性核素的临床应用,SPECT,第四节 放射性核素的临
15、床应用,3.正电子发射型计算机断层成像PET,是利用正电子的湮没辐射特性，将能发生+衰变的核素或其标记化合物引入体内某些特定的脏器或病变部位，通过探测正电子湮没时向体外辐射的光子，获得成像所需的各向投影数据，再由计算机分析处理，实现图像重建。,二、放射性核素在核医学检查中的应用,第四节 放射性核素的临床应用,小结,放射性核素的衰变类型，包括衰变、-衰变、+衰变、电子俘获、衰变；放射性核素的衰变规律按指数规律衰变，半衰期T，平均寿命，放射性活度A；放射性核素的三种制备方法：反应堆中子照射生产、放射性核素发生器生产、回旋加速器生产；放射性核素在肿瘤放射治疗及核医学检查中的应用 。,第四节 放射性核素的临床应用,第四节 放射性核素的临床应用,Thank You,
