核核 转转 变变聊城职业技术学院聊城职业技术学院 刘亚军刘亚军2024/9/51 The main contents本章主要内容本章主要内容§放射性核素衰变类型放射性核素衰变类型1.α衰衰变变2.β衰衰变变3.γ衰衰变变和内和内转换转换§原子核的衰变规律原子核的衰变规律1.衰变常数衰变常数2.半衰期（半衰期（half life））3.平均寿命（平均寿命（mean life））4.放射性活度（放射性活度（activity））§核素的生产与制备核素的生产与制备§放射性核素的临床应用放射性核素的临床应用2024/9/52 §在已知的自然界的原子核中，只有少数原子核是稳定的，而大多数原子核不稳定 §原子核的稳定性与核内质子数和中子数之比有着密切的关系§对于较轻的核，中子与质子之比是1:1，结果最稳定2024/9/53 §随着原子序数的增加，该比值也增加，最高原子序数的核内质子数和中子数之比逐渐增加到近似为1.3:10§如果中子与质子之比略高于或低于稳定的比值，核一般是放射性的§根据核内质子数和中子数的奇偶性，偶偶核最稳定，稳定核素最多，其次是偶奇核和奇偶核，而奇奇核最不稳定，稳定核素最少2024/9/54 第一节放射性核素衰变类型 •核核素素有有两两大大类类，，即即放放射射性性核核素素和和稳稳定定性性 核素。
核素•目目前前已已知知的的元元素素有有107107种种，，而而核核素素有有20002000多种，近多种，近9090％是％是放射性放射性核素•不稳定核自发的放出射线称为放射性不稳定核自发的放出射线称为放射性2024/9/55 §人们对放射性核素的认识，是从研究天然放射性现象开始的§早在1896年，贝可勒尔在研究各种物质的磷光时发现铀盐能够发出人眼所看不见的穿透能力相当强的射线§1898年，居里夫妇又发现了钋(bō)-210和镭-226 2024/9/56 放射性核素衰变类型 •放放射射性性核核素素又又分分为为天天然然放放射射性性和和人人工工放放射性核素射性核素( (简称人造核素简称人造核素) )•已已发发现现的的放放射射性性核核素素中中绝绝大大部部分分是是人人工工放射性核素放射性核素•人造核素主要由反应堆和加速器制备人造核素主要由反应堆和加速器制备2024/9/57 放射性核素衰变类型放射性核素衰变类型 §原子序数很高的那些重元素，它们的核很不稳定，自发地放出射线，变为另一种元素的原子核，这现象称为放射性核素衰变，简称核衰变§放射性衰变是放射性核素本身的特性，外界作用无法改变其衰变性质及衰变速度。
§核衰变过程遵守电荷、质量、能量、动量、电荷和核子数守恒定律2024/9/58 衰变放放射射性性元元素素中中有有些些放放射射 射射线线，，有有些些放放射射 射射线线，，有有些些在在放放射射 射线或射线或 射线时，伴随着有射线时，伴随着有 射线放出射线放出 • α粒粒子子是是氦氦核核 ，，它它是是由由2 2个个质质子子和和2 2个个中中子子构构成成的的，，带带正电荷为正电荷为2e2e，质量为氦核的质量质量为氦核的质量• α衰变衰变过程可写成：过程可写成： •式式中中，，X X叫叫母母核核，，Y Y叫叫子子核核, ,Q Q为为衰衰变变能能，，是是由由母母核核衰衰变变为为子子核核时时放放出出的的能能量量，，其其值值用用两两侧侧的的原原子子质质量量差差值值计计算算，，不不同同核核素素Q Q值不同，单位用值不同，单位用MeVMeV 2024/9/59 2024/9/510 产生条件： 即在衰变过程中，发生了质量亏损即在衰变过程中，发生了质量亏损2024/9/511 的衰变图的衰变图 2024/9/512 α 衰衰 变变§实验发现，在发生α衰变的核素中，只有很少几种核素放出单能的α粒子，大多数核素放出好几组不同能量的α粒子，也有伴随产生γ射线的。
§但不管怎样， α粒子的能谱是不连续的，它们构成一组分立的线状能谱§原子能量是量子化，原子核内部能量也是量子化的，这就是说原子核也具有间隔的能级2024/9/513 •β衰变有β-， β+衰变和电子俘获三种类型 •β-射线是电子，是由母核放出电子的一种衰变β衰变衰变• 为反中微子，它是在衰变中与β-粒子同时放射出的一种粒子，不带电，静止质量为零2024/9/514 β衰变衰变2024/9/515 产生条件： 2024/9/516 β衰变衰变•衰变过程中所放出的衰变能被子核、 、 这三个粒子分配•因为这三个粒子的发射方向所成的角是任意的，所以每个粒子带走的能量是不固定的•由于粒子的质量比子核的质量小得多，因此子核的反冲动能可以忽略§β粒子的能量可以从最小的零值（=0）到最大的Q值，形成一个连续能谱2024/9/517 2024/9/518 2024/9/519 • 衰衰变变：：有有些些人人工工产产生生的的放放射射元元素素是是放放射射正正ββ射射线线的的，，这这些些原原子子核核放放射射后后，，转转变变为为原原子子序序数数减减去去1 1的的另另一一个个原原子子核。
核• 粒粒子子就就是是正正电电子子，，只只有有人人工工的的放放射射性性核核素素才才会会发发生生此衰变，此衰变， 粒子的静止质量和电子的相等粒子的静止质量和电子的相等 2024/9/520 β衰变衰变其特点有:β粒子数按能量连续分布；每一种放射性物质的β能谱有固定的上限能量和峰值；不同的放射性物质有不同形状的能量分布，且其上限能量和峰值也不相同 产生条件： 2024/9/521 β衰变衰变§正电子只能在极短时间内存在，当它被物质阻止而失去动能时，将和物质中的电子相结合而转化成电磁辐射，这一过程称为正负电子对的湮没§正负电子对湮没时转化为二个或三个光子，但以转化为二个光子的几率最大，二个光子的能量均相当于电子静止质量所对应的能量0.511MeV§探测这个能量的光子的存在与否，通常可以判断是否有衰变发生2024/9/522 电子俘获 （electron capture）原子核俘获核外电子，使核内的一个质子变为一个中子，电荷数变为Z-l，这种衰变称为电子俘获多为K电子俘获 2024/9/523 产生条件： 所以，能产生β+衰变的条件同样满足电子俘获的条件，反之则不一定能实现。
2024/9/524 2024/9/525 电子俘获电子俘获 （（electron capture））•在电子俘获过程中，可能出现核外层电子填补内层电子空位，而产生特征辐射或俄歇电子•所以观察到特征X射线或俄歇电子，就知道有K电子俘获发生•俄歇电子是当高能级的电子跃迁至低能级，其多余的能量直接转移给同一能级的另一电子，而不辐射X线，接受这份能量的电子脱离原子，成为自由电子，这种电子叫俄歇电子2024/9/526 电子电子俘获俘获 （（electron capture））§K空位由一个L电子来填充，因L电子跃迁放出的能量又把另一个L电子电离了；这样，一个K空位转变成两个L空位和一个具有动能的电子 §如果EK和 EL分别表示K电子和L电子的结合能，Ee为被放出的俄歇电子的动能，那么2024/9/527 γ衰变和内转换（internal conversion） §α和β衰变后的子核大部分处于激发态，并以γ射线的形式释放能量，跃迁到较低的能态或基态，这种跃迁叫γ衰变§γ射线是光子，不带电，无静止质量它的放出不改变原子核的电荷，对质量的影响亦极微小在核医学中使用的60Co(钴)放射源均有β和γ射线发射。
2024/9/528 γ衰变和内转换衰变和内转换 •处于激发态的原子核还有另一种释放能量的方式，即原子核由激发态回到基态时，并不发射γ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，这一过程叫内转换，发射的电子叫内转换电子 §无论是电子俘获还是内转换过程，由于原子的内壳层缺少电子而出现空位，外层电子将会填充这个空位2024/9/529 γ衰变和衰变和内转换内转换 •因此这两个过程都将伴随着特征X线和俄歇电子的发射§原子核在能级跃迁时，放出γ光子或内转化电子的过程是相互竞争的，各自的几率与核的种类和能级有关2024/9/530 第二节原子核的衰变规律第二节原子核的衰变规律§原子核发生衰变时，母体核不断地变成子体核，原子核发生衰变时，母体核不断地变成子体核，因而随着时间因而随着时间t的增长，母核数目不断减少的增长，母核数目不断减少§对于任何一种具有放射性的核素，虽然每一个核对于任何一种具有放射性的核素，虽然每一个核素都能衰变，但衰变的时间却有先有后，我们不素都能衰变，但衰变的时间却有先有后，我们不能预言哪个核先衰变，在什么时候衰变，这完全能预言哪个核先衰变，在什么时候衰变，这完全是随机的，但对大量的原子核来说，其衰变还是是随机的，但对大量的原子核来说，其衰变还是遵循统计规律的。
遵循统计规律的§实验测量和理论推导都可以证明，放射性核素衰实验测量和理论推导都可以证明，放射性核素衰变服从变服从指数衰减规律指数衰减规律2024/9/531 如果在短时间dt内，有dN个核改变，从统计的观点,改变率dN/dt 必定与当时存在的总原子核数N成正比，即 -dN=λNdt •负号表示放射性核数N随时间t的增加而减少 •λ称为衰变常数，反映放射性核素随时间衰变的快慢•对上式进行积分，便可得到上式说明放射性核素衰变服从指数规律2024/9/532 (一)衰变常数 由上式可知衰变常数为•λλ值值反反映映一一个个放放射射性性核核素素在在单单位位时时间间内内衰衰变变的的规规律律，，或或者者说说是是单单位位时时间间内内衰衰变变的的核核数数与与当当时时存存在在的的核核数数之之比比，，因因而而它它是是描描写写放放射射物物放放射射衰变快慢的一个物理量，单位用秒衰变快慢的一个物理量，单位用秒-1-1( (s s-1-1) )2024/9/533 一种核素能够进行几种类型的衰变，或子一种核素能够进行几种类型的衰变，或子核可能处于几种不同的状态核可能处于几种不同的状态对应与每种衰变类型和子核状态，有各对应与每种衰变类型和子核状态，有各自的衰变常数自的衰变常数λλ1 1、、λλ2 2…………λλn n，所以，所以式中的式中的λλ应是各衰变常数之和，即应是各衰变常数之和，即λ λ = =λλ1 1 + +λλ2 2 +……++……+λλn n2024/9/534 (二二)半衰期半衰期T§对于某种特定能态的放射核，核的数量因发生自对于某种特定能态的放射核，核的数量因发生自发核衰变而减少到原来核数一半所需的时间称为发核衰变而减少到原来核数一半所需的时间称为半衰期，用半衰期，用T1/2表示。
表示§它是表征放射性核自发衰变的另一参数它是表征放射性核自发衰变的另一参数§单位用年单位用年(a)、天、天(d)、小时、小时(h)、分、分(min)、秒、秒(s)表表示§不同的放射性核素半衰期的差别可能很大，例如不同的放射性核素半衰期的差别可能很大，例如天然铀中的天然铀中的238U核素，其半衰期为核素，其半衰期为4.47 109a；；而核素而核素132I的半衰期为的半衰期为2.28h2024/9/535 (二)半衰期T当t=T，N=N0／2代人后，得T和λ的关系为 经过一个T后，其放射性核素衰减到原来的1／2，两个T后衰减到原来的1／4，依此类推，经过n个T后，将衰减到原来的（1/2）n ，这样就得到2024/9/536 2024/9/537 （三）平均寿命（三）平均寿命 τ•在一种放射物中，有些原子核早变，有些晚变，有的放射性核素寿命为零，有的是无穷大•因此，引入了平均寿命这个物理量，它也是一个反映放射性核素衰变快慢的，不过它具体反映的是某种放射性核平均存在的时间，单位是秒(s) 2024/9/538 •N0个母核的总寿命为•N0个母核的平均寿命为2024/9/539 (四)放射性活度 常用单位时间内衰变的原子核数来表示放射性强度，或叫放射性活度，用A表示§A0=λN0为为t=0时刻的放射性活度。
时刻的放射性活度§若某时刻母核数为若某时刻母核数为N，则该时刻的放射性活度为，则该时刻的放射性活度为A=λN§放射性活度的放射性活度的SI单位是贝可勒尔，简称贝可，符号单位是贝可勒尔，简称贝可，符号Bq§1Bq=1衰变衰变·秒秒-1§放射性活度专用单位用居里放射性活度专用单位用居里(Ci)表示§1Ci＝＝3.7×1010Bq 1Bq＝＝2.703×10-11Ci 2024/9/540 例例§一台一台60Co治疗机源初装时活度为治疗机源初装时活度为111TBq，使用，使用5年后源的活度还剩多少？年后源的活度还剩多少？§已知已知A0=111TBq，，T1/2=5.27y（（y=1年），年），y=5a，，e=2.718282024/9/541 衰变平衡衰变平衡§不稳定原子核衰变后生成的子核，如果仍具有放射性，则子核在产生以后，立即按自己的衰变方式和衰变规律进行衰变§如果子核衰变后产生的又一代子核也具有放射性，则这一代子核也要进行衰变，这样就一代一代的衰变下去直到最后生成稳定的核素为止，这就是递次衰变§在递次衰变中，当满足一定条件时，各代核的数量比，会出现与时间无关的现象，称之为放射平衡。
§下面以两代衰变AB为例分三种情况讨论2024/9/542 钍钍族族：：母母体体是是232232ThTh，，半半衰衰期期T=1.4×10T=1.4×101010y y，，经经6 6次次αα衰衰变变和和4 4次次ββ衰衰变变，，最最后后达达到到稳稳定定的的208208PbPb系系中中各各放放射射性核素的质量数性核素的质量数A A都是都是4 4的整数倍，所以也叫做的整数倍，所以也叫做4 4n n系锕锕族族：：母母体体是是235235U U，，半半衰衰期期T=7T=7．．04×1004×108 8y y，，又又叫叫锕锕铀铀( (AcU)AcU)：：经经7 7次次αα衰衰变变和和4 4次次ββ衰衰变变，，最最终终生生成成207207PbPb系系中中各各放放射射性性核核素素的的质质量量数数A A都都是是4 4的的整整数数倍倍加加3 3，，所所以也叫做以也叫做(4(4n+3)n+3)系铀铀族族：：母母体体是是238U，，半半衰衰期期T=4.51×109y，，经经过过8次次α衰衰变变和和6次次β衰衰变变，，最最后后生生成成稳稳定定的的206Pb(铅铅)系系中中各各放放射射性性核核素素的的质质量量数数A都都是是4的的整整数数倍倍加加2，，所所以以也也叫叫(4n+2)系。
系2024/9/543 衰变平衡衰变平衡§（一）母体半衰期远（一）母体半衰期远大于子体半衰期的情大于子体半衰期的情况况§（二）母体的半衰期（二）母体的半衰期只比子体的半衰期大只比子体的半衰期大几倍几倍§（三）母体半衰期小（三）母体半衰期小于子体半衰期于子体半衰期§长期平衡长期平衡§暂时平衡暂时平衡§达不到平衡达不到平衡2024/9/544 2024/9/545 衰变平衡衰变平衡§放射性平衡在放射性核素的具体应用中具有一定的意义§半衰期短的核素在医学应用中有很多优越性因为寿命很短，无法单独存在较长的时间，在供应上有很大困难§但有些短寿命核素是由长寿命核素衰变而成由递次衰变现象可知，当母体、子体达到放射平衡后，子体与母体共存并保持一定的含量比例2024/9/546 衰变平衡衰变平衡§医院中的放射性核素发生器就是暂时平衡的具体应用§放射性核素发生器是一种从较长半衰期的母体核素中分离出由它衰变而来的短半衰期子体核素的装置§根据它的工作原理，每隔一定时间就可以从该装置中分离出可供使用的子体核素，就好像从母牛身上挤奶一样，所以这种装置俗称“母牛”§放射性核素发生器的工作原理遵守放射性核素的递次衰变规律及放射平衡规律。
2024/9/547 人工放射性核素人工放射性核素§利用核反应堆生产是人工放射性核素的主利用核反应堆生产是人工放射性核素的主要来源，制备的途径有两种：要来源，制备的途径有两种：§①①利用利用反应堆反应堆中的强中子束照射靶核，靶中的强中子束照射靶核，靶核俘获中子而生成放射性核；核俘获中子而生成放射性核；§②②利用中子引起重核裂变，从裂变碎片中利用中子引起重核裂变，从裂变碎片中提取放射性核素提取放射性核素§这样制备出来的核素是富中子核素，通常这样制备出来的核素是富中子核素，通常具有具有β-衰变衰变 ，放出，放出γγ射线2024/9/548 反应堆生产的医用放射性核素2024/9/549 核医学常用的放射性核素及产生核医学常用的放射性核素及产生§放射性核素发生器：从长半衰期母体核素放射性核素发生器：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中分离出短半衰期子体核素的分离装置§回旋加速器：生产短寿命和超短寿命的贫回旋加速器：生产短寿命和超短寿命的贫中子放射性核素，多以电子俘获和中子放射性核素，多以电子俘获和β+的形的形式衰变2024/9/550 常用的放射性核素发生器2024/9/551 加速器生产的医用放射性核素加速器生产的医用放射性核素 2024/9/552 放射性核素的临床应用放射性核素的临床应用§放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用§放射性核素在核医学检查中的应用放射性核素在核医学检查中的应用2024/9/553 放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用放射性核素在肿瘤放射治疗中的应用§131I§32P§198AU§60Co§放射免疫治疗放射免疫治疗2024/9/554 131I§半衰期半衰期8.04天，放射多种能量的天，放射多种能量的β-粒子和粒子和γγ光子。
光子§ββ射线：甲状腺功能亢进症、分化型甲状射线：甲状腺功能亢进症、分化型甲状腺癌及其转移灶、功能自主性甲状腺腺瘤腺癌及其转移灶、功能自主性甲状腺腺瘤等等§γγ射线：甲状腺显像和功能检查射线：甲状腺显像和功能检查2024/9/555 32P§半衰期为半衰期为14.28天，只发射天，只发射β-粒子§用于恶性肿瘤的骨转移、皮肤病、血管瘤用于恶性肿瘤的骨转移、皮肤病、血管瘤等疾病的治疗，还用于真性红细胞增多症、等疾病的治疗，还用于真性红细胞增多症、原发性血小板增多症等治疗原发性血小板增多症等治疗2024/9/556 198AU(金金)§半衰期为半衰期为2.69天，放射天，放射β-粒子和粒子和γγ光子§常用于腔内血管瘤、恶性肿瘤等治疗常用于腔内血管瘤、恶性肿瘤等治疗2024/9/557 放射免疫治疗放射免疫治疗§将对肿瘤具有特异亲和力抗体用放射性核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。
瘤细胞，而周围组织损伤较轻§理论上讲，具有靶向性高、靶理论上讲，具有靶向性高、靶/本比值较高本比值较高等优势2024/9/558 放射性核素在核医学检查中的放射性核素在核医学检查中的应用应用§示踪诊断：将带有放射性核素的药物引入体内，示踪诊断：将带有放射性核素的药物引入体内，探测其分布和流通量，可作为诊断疾病的重要依探测其分布和流通量，可作为诊断疾病的重要依据§核素成像：用不同的放射性核素制成标记化合物核素成像：用不同的放射性核素制成标记化合物注入人体，在体外对体内核素发射的注入人体，在体外对体内核素发射的γγ射线进行射线进行跟踪探测，可以获得反映放射性核素在脏器或组跟踪探测，可以获得反映放射性核素在脏器或组织中的浓度分布及其随时间变化的图像织中的浓度分布及其随时间变化的图像 §（（γγ照相机、单光子发射型断层成像照相机、单光子发射型断层成像SPECTSPECT和正和正电子发射型断层成像电子发射型断层成像PETPET））2024/9/559 §PET-CT将将CT与与PET融为一体融为一体,由由CT提供病提供病灶的精确解剖定位灶的精确解剖定位,而而PET提供病灶详尽的提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息功能与代谢等分子信息,具有灵敏、准确、具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点特异及定位精确等特点,一次显像可获得全一次显像可获得全身各方位的断层图像身各方位的断层图像,可一目了然的了解全可一目了然的了解全身整体状况身整体状况,达到早期发现病灶和诊断疾病达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。
的目的PET-CT的出现是医学影像学的又的出现是医学影像学的又一次革命一次革命,受到了医学界的公认和广泛关注受到了医学界的公认和广泛关注2024/9/560 §PET－－CT提供的预测和治疗处理信息比单独提供的预测和治疗处理信息比单独 PET和和 CT多得多，它超越了单独多得多，它超越了单独PET和单独和单独CT的现有领域，既能的现有领域，既能完成超高档完成超高档 CT的所有功能，又能完成的所有功能，又能完成 PET的功能的功能——20 min能完成全身能完成全身 CT扫描，扫描， 比单纯比单纯 PET的效率提高了的效率提高了 60%以上，还能提供比以上，还能提供比 CT更为准确、快速的心肌和脑血更为准确、快速的心肌和脑血流灌注功能图像流灌注功能图像 PET－－CT融合图像能很好地描述疾病融合图像能很好地描述疾病对生物化学过程的作用，对生物化学过程的作用， 鉴别生理和病理性摄取，鉴别生理和病理性摄取， 能在能在疾病得到解剖证据前检测出早期发病征兆，甚至能探测到疾病得到解剖证据前检测出早期发病征兆，甚至能探测到小于小于2 mm的亚临床型的肿瘤，为临床正确确定放疗的计的亚临床型的肿瘤，为临床正确确定放疗的计划靶区（临床靶区与生物靶区相结合）、检测治疗过程中划靶区（临床靶区与生物靶区相结合）、检测治疗过程中药物和放疗效果提供最佳的治疗方案和筛选最有效治疗药药物和放疗效果提供最佳的治疗方案和筛选最有效治疗药物。
解剖定位加功能显像对于病变部位解剖定位加功能显像对于病变部位2024/9/561 2024/9/562 2024/9/563 2024/9/564 2024/9/565 2024/9/566 2024/9/567 2024/9/568 §End of this class!§Thank you!2024/9/569 。