放射藥理學(xué)概論：第二講教學(xué)資料

1、 l 2、質(zhì)能轉(zhuǎn)換定律、質(zhì)量虧損和結(jié)合能： l 質(zhì)量和能量都是物質(zhì)必具的屬性，任何物體都同時(shí)具有 質(zhì)量和能量，并且它們之間存在著一定關(guān)系: lE=mC2 l 這就是著名的愛(ài)因斯坦質(zhì)能相互聯(lián)系定律，它 指出：任何m克質(zhì)量的物質(zhì)，一定具有mc2 erg的能量。 E為物質(zhì)的能量，m為物質(zhì)的質(zhì)量，C為光在真空中的速 度 。1g靜止質(zhì)量的能量為： l E=mC2=1g(299792lOlOcms)2 =8.9875l020 erg l 根據(jù)狹義相對(duì)論，m與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，對(duì)速度為V的物 質(zhì)： l 式中m0為物質(zhì)靜止(V=O)時(shí)的質(zhì)量，C為光在真 空中的速度(2.9979241010cms-1) l Er

2、g（爾格）：質(zhì)能當(dāng)量單位。 l 1 erg = 670 amu= 6.24 105 MeV l = 2.39 10-8 cal l 在核物理中常采用的電子伏電子伏(Electron (Electron VoltVolt；eV)eV)作為能量單位。leV是電壓為1伏 特的兩點(diǎn)間移動(dòng)一個(gè)電子時(shí)，電場(chǎng)力所作的功。 l 1eV=l.60218910-12 erg 2 2 0 1 C V m m l精確實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各種原子的質(zhì)量總是小于組精確實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各種原子的質(zhì)量總是小于組 成它的全部中子、質(zhì)子和電子的質(zhì)量總和。成它的全部中子、質(zhì)子和電子的質(zhì)量總和。 這個(gè)差值稱為這個(gè)差值稱為質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損(Mass

3、Defect)(Mass Defect)。 l質(zhì)量虧損與核子質(zhì)量虧損與核子(Nucleon)(Nucleon)(即中子和質(zhì)子的即中子和質(zhì)子的 總和總和) )的結(jié)合能有密切關(guān)系。在原子核中，的結(jié)合能有密切關(guān)系。在原子核中， 核子間互相吸引的力很強(qiáng)，而任何兩個(gè)相互核子間互相吸引的力很強(qiáng)，而任何兩個(gè)相互 吸引的物體在相互靠近時(shí)都放出能量吸引的物體在相互靠近時(shí)都放出能量( (因?yàn)橐驗(yàn)?勢(shì)能變小勢(shì)能變小) )。所以核子結(jié)合成原子核時(shí)便釋。所以核子結(jié)合成原子核時(shí)便釋 出大量的能量，這能量稱為出大量的能量，這能量稱為結(jié)合能結(jié)合能，其量，其量 E E與質(zhì)量虧損與質(zhì)量虧損m m相當(dāng)，變即相當(dāng)，變即E Em mC

4、 C2 2。 3.核素（核素（nuclide） ： 4. 同位素（同位素（isotope） ：具有相同原子序數(shù)， 而質(zhì)量數(shù)不同的核素。 5.同質(zhì)異能素同質(zhì)異能素(isomer) ：有相同質(zhì)量數(shù)和 原子序數(shù)，處于不同核能態(tài)的一類核素。 6. 穩(wěn)定核素（穩(wěn)定核素（stable nuclide) l原子核能夠穩(wěn)定存在，不會(huì)自發(fā)地發(fā)生核內(nèi)成份原子核能夠穩(wěn)定存在，不會(huì)自發(fā)地發(fā)生核內(nèi)成份 或能級(jí)的變化，或者發(fā)生的幾率非常小，半衰期或能級(jí)的變化，或者發(fā)生的幾率非常小，半衰期 超過(guò)十億年。這類原子核稱為超過(guò)十億年。這類原子核稱為穩(wěn)定性原子核穩(wěn)定性原子核。 相應(yīng)的核素稱為相應(yīng)的核素稱為穩(wěn)定核素穩(wěn)定核素(Stab

5、le Nuclide)(Stable Nuclide)。 l當(dāng)原子核內(nèi)當(dāng)原子核內(nèi)引力引力與與排斥力排斥力平衡時(shí)，原子核穩(wěn)定，平衡時(shí)，原子核穩(wěn)定， 不會(huì)自發(fā)衰變的核素不會(huì)自發(fā)衰變的核素 引力引力靜電排斥力靜電排斥力 核子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）之間質(zhì)子之間核子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）之間質(zhì)子之間 7.放射性核素放射性核素 (radionuclide) l原子核不穩(wěn)定，會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)閯e的原子核，原子核不穩(wěn)定，會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)閯e的原子核， 或自發(fā)地發(fā)生核能態(tài)變化，變化時(shí)伴有射線的或自發(fā)地發(fā)生核能態(tài)變化，變化時(shí)伴有射線的 發(fā)射。這類原子核稱為發(fā)射。這類原子核稱為放射性原子核放射性原子核，相應(yīng)，相應(yīng) 的核

6、素稱為的核素稱為放射性核素放射性核素(Radioactive (Radioactive Nuclide)Nuclide)。如如 99Tcm、131I、32P、90Sr、153Sm、 188Re、 、125I、60Co等。等。 引力引力靜電排斥力靜電排斥力 核子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）之間質(zhì)子之間核子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）之間質(zhì)子之間 l8 8、放射性：、放射性： l某些核素自發(fā)地放出粒子或某些核素自發(fā)地放出粒子或射線，射線， 或在發(fā)生軌道電子俘獲后放出或在發(fā)生軌道電子俘獲后放出X X射線，射線， 或發(fā)生自發(fā)裂變的性質(zhì)。或發(fā)生自發(fā)裂變的性質(zhì)。 9.放射性衰變（放射性衰變（radiation d

7、ecay） 放射性核素的原子由于核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)放射性核素的原子由于核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào) 整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 化為另一種原子化為另一種原子的過(guò)程稱為放射性衰變。的過(guò)程稱為放射性衰變。 l1010、人工放射性核素、人工放射性核素 ： l用人工方法改變穩(wěn)定核素中子與質(zhì)子用人工方法改變穩(wěn)定核素中子與質(zhì)子 的組成比例也會(huì)造成核的不穩(wěn)定。這的組成比例也會(huì)造成核的不穩(wěn)定。這 種核素稱為人工放射性核素。種核素稱為人工放射性核素。 核衰變類型核衰變類型（nuclear decay) l 衰變（衰變（alpha decay） l -衰變（衰變（beta

8、decay ） l正電子衰變正電子衰變 l電子俘獲（電子俘獲（ electron capture ） l 衰變（衰變（gamma decay ） 1 1）衰變衰變 A AZ ZX-X-A-4 A-4Z-2 Z-2Y+ Y+4 42 2He+QHe+Q 42He l不穩(wěn)定核自發(fā)地從核內(nèi)放射出不穩(wěn)定核自發(fā)地從核內(nèi)放射出粒子粒子(Alpha (Alpha Pharticle)Pharticle)而變成另一種核的過(guò)程稱為而變成另一種核的過(guò)程稱為衰衰 變變(Alpha Decay)(Alpha Decay)。 l粒子實(shí)際上是兩個(gè)質(zhì)子兩個(gè)中子組成的粒子實(shí)際上是兩個(gè)質(zhì)子兩個(gè)中子組成的 氦原子核。式中氦原子核

9、。式中X X為母核為母核(Parent Nucleus)(Parent Nucleus)， Y Y為子核為子核(Daughter Nucleus)(Daughter Nucleus)，Q Q是衰變時(shí)原是衰變時(shí)原 子核釋放出的能量。可以看出，子核與母核子核釋放出的能量?？梢钥闯?，子核與母核 相比，原子質(zhì)量少相比，原子質(zhì)量少4 4，原子序數(shù)少，原子序數(shù)少2 2。 He 4 2 粒子特性 l 粒子實(shí)質(zhì)上是He原子核； l 衰變發(fā)生在原子序數(shù)大于的重元素核素； l 在空氣中的射程約為cm，在水中或機(jī)體內(nèi) 為0.06-0.16mm； l 因其射程短，一張紙即可阻擋； l 但粒子的電離能力很強(qiáng)。 l 對(duì)開

10、展體內(nèi)惡性組織的放射性核素治療具有潛在 的優(yōu)勢(shì)。 l 對(duì)對(duì)衰變來(lái)說(shuō)，衰變時(shí)的質(zhì)量虧損衰變來(lái)說(shuō)，衰變時(shí)的質(zhì)量虧損m mz z是：是： l m mz z=m=mz z-(m-(mz-2 z-2+2m +2me e+m+m ) ) l 其中其中m mz z是母體原子質(zhì)量是母體原子質(zhì)量m mz-2 z-2是子體原子質(zhì)量， 是子體原子質(zhì)量， m me e是電子質(zhì)量，是電子質(zhì)量，m m 是 是粒子質(zhì)量。粒子質(zhì)量。 l 任何衰變都伴有能量釋放，這部分能量任何衰變都伴有能量釋放，這部分能量Q Q稱為衰變稱為衰變 能能(Decay Energy)(Decay Energy)，來(lái)自質(zhì)量虧損。若質(zhì)量以，來(lái)自質(zhì)量虧損

11、。若質(zhì)量以amuamu 為單位，為單位，Q Q以以MeVMeV為單位，并取為單位，并取1amu=931 MeV1amu=931 MeV，則，則 l Q Q931931m mz z MeV MeV (1 (12)2) l 衰變能分配給子體核素和發(fā)射的粒子衰變能分配給子體核素和發(fā)射的粒子( (射線射線) )。有。有 些核素衰變時(shí)還有一部分留在核內(nèi)使子核暫時(shí)處些核素衰變時(shí)還有一部分留在核內(nèi)使子核暫時(shí)處 于激發(fā)態(tài)。由于于激發(fā)態(tài)。由于m m 和 和m mz-2 z-2是既定的，每種放射性核 是既定的，每種放射性核 素的衰變能也是固定的，因此可以通過(guò)測(cè)定射線素的衰變能也是固定的，因此可以通過(guò)測(cè)定射線 的能

12、量來(lái)判斷是何種核素。的能量來(lái)判斷是何種核素。 226Ra(鐳)的衰變 l 226226Ra Ra衰變?yōu)樗プ優(yōu)?22 222Rn Rn（氡）。釋放的（氡）。釋放的粒子有粒子有 兩組：一組能量為兩組：一組能量為4 4777MeV777MeV，占，占94943 3； 另一組能量為另一組能量為4 4598MeV598MeV，伴有，伴有0 01888MeV1888MeV 的的線，占線，占5 57 7。 lQ Q值的計(jì)算如下：值的計(jì)算如下： l m mz z=m=mRa Ra-(m -(mRn Rn+2 +2me me+m +mHe He-2m -2me e) ) l=m=mRa Ra-m -mRn Rn

13、-m -mHe He l=226.025438-222.017610-4.002603=226.025438-222.017610-4.002603 l=0.005225amu=0.005225amu lQ=0.005225Q=0.005225931=4.86MeV931=4.86MeV l該能量按質(zhì)量分配：該能量按質(zhì)量分配： l QRn=486 =0086 MeV l Q=486 =4774 MeV RnHe He mm m RnHe Rn mm m 此值與實(shí)測(cè)結(jié)果基本相符。此值與實(shí)測(cè)結(jié)果基本相符。226 226Ra Ra衰變中有衰變中有 5 57 7的的222 222Rn Rn先處于激發(fā)態(tài)

14、，退激時(shí)以先處于激發(fā)態(tài)，退激時(shí)以光光 子形式釋出多余能量，故這部分衰變釋出的子形式釋出多余能量，故這部分衰變釋出的 粒子能量稍低。粒子能量稍低。 l( (二二) )- -衰變衰變 l原子核內(nèi)原子核內(nèi)中子相對(duì)過(guò)多中子相對(duì)過(guò)多造成不平衡，導(dǎo)致造成不平衡，導(dǎo)致 核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)釋出一個(gè)核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)釋出一個(gè) 負(fù)電子的過(guò)程稱為負(fù)電子的過(guò)程稱為- -衰變衰變(- - Decay Decay， Negatron Decay)Negatron Decay)。核內(nèi)釋出的負(fù)電子通常。核內(nèi)釋出的負(fù)電子通常 稱為稱為- -粒子或粒子或- -射線射線(- - Particle or Part

15、icle or - - Ray) Ray)。 l- -衰變時(shí)還同時(shí)形成一個(gè)衰變時(shí)還同時(shí)形成一個(gè)反中微子反中微子 (Anti(Anti neutrinoneutrino，) )。是一種質(zhì)量極小的中是一種質(zhì)量極小的中 性基本粒子，穿透性極強(qiáng)，一般探測(cè)器不性基本粒子，穿透性極強(qiáng)，一般探測(cè)器不 能探測(cè)。能探測(cè)。 l l由于核內(nèi)的基本變化是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐挥捎诤藘?nèi)的基本變化是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐?個(gè)質(zhì)子，故個(gè)質(zhì)子，故- -衰變的子體與母體相比，其衰變的子體與母體相比，其A A 不變而不變而Z Z增加增加1 1，可用下式表示：，可用下式表示： l- -衰變的變能衰變的變能Q Q可計(jì)算如下：可計(jì)算如下： l Q

16、 Q931931m mz zm mz z- (m- (mz+1 z+1-m -me e+m+m +m +m ) MeV ) MeV l反中微子的質(zhì)量極小，僅為電子的反中微子的質(zhì)量極小，僅為電子的5/105/10， 000000，可忽略不計(jì)，可忽略不計(jì) ，故：，故： l Q Q931931m mz z 931931（m mz z- m- mz+1 z+1 ） ） MeVMeV l- -衰變有三個(gè)生成物衰變有三個(gè)生成物( (Z+1 Z+1Y Y 、- -和和)，Q Q就就 由這三個(gè)粒子帶走。子核的質(zhì)量遠(yuǎn)大于由這三個(gè)粒子帶走。子核的質(zhì)量遠(yuǎn)大于- -和和 ，故帶走的能量相對(duì)很小，實(shí)際上，故帶走的能量相

17、對(duì)很小，實(shí)際上Q Q主要分主要分 配給配給- -和和，形成它們的動(dòng)能。這種分配是，形成它們的動(dòng)能。這種分配是 隨機(jī)的，因此隨機(jī)的，因此- -粒子的動(dòng)能可從零粒子的動(dòng)能可從零(E(E- -0 0， E E Emax) Emax)到一最大值到一最大值Emax(EEmax(E- -Emax Emax， E E 0) 0)，形成一個(gè)連續(xù)的能量分布，稱為，形成一個(gè)連續(xù)的能量分布，稱為- - 能譜能譜(- - Energy Spectrum) Energy Spectrum). . l通過(guò)計(jì)算質(zhì)量虧損或檢閱各種手冊(cè)得到的通過(guò)計(jì)算質(zhì)量虧損或檢閱各種手冊(cè)得到的- - 線能量常是各核素線能量常是各核素- -粒子

18、的最大能量粒子的最大能量EmaxEmax。 實(shí)際計(jì)算實(shí)際計(jì)算- -線輻射劑量時(shí)往往需用平均能量線輻射劑量時(shí)往往需用平均能量E E， 它約等于它約等于EmaxEmax的的l l3 3。 粒子的特性 l粒子實(shí)質(zhì)是負(fù)電子； l衰變后質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)加； l粒子的能量分布從0最大具有連續(xù)能 譜，穿透力比a粒子大； l電離能量比a粒子弱，能被鋁和機(jī)體吸收； l在軟組織中的射程僅為幾厘米，可用于治 療，如碘治療甲亢。 l( (三三) ) + +衰變衰變：核內(nèi)：核內(nèi)中子相對(duì)缺少中子相對(duì)缺少時(shí)，一個(gè)時(shí)，一個(gè) 質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子，同時(shí)從核內(nèi)釋出一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子，同時(shí)從核內(nèi)釋出一個(gè) 正電子的過(guò)程，稱為正

19、電子的過(guò)程，稱為+ +衰變衰變(Positron (Positron DecayDecay，+ + Decay) Decay)正電子正電子亦稱亦稱+ +粒子或粒子或 + +線線 (Positron or (Positron or + + Ray) Ray)，它的質(zhì)量與，它的質(zhì)量與 負(fù)電子完全相等，但所帶電荷相反。負(fù)電子完全相等，但所帶電荷相反。+ +衰變衰變 時(shí)也同時(shí)發(fā)射一個(gè)穿透性極強(qiáng)、質(zhì)量極小的時(shí)也同時(shí)發(fā)射一個(gè)穿透性極強(qiáng)、質(zhì)量極小的 中性基本粒子，稱為中微子中性基本粒子，稱為中微子(Neutrino(Neutrino，)。 l + +衰變的核素都是人工放射性核素。衰變的核素都是人工放射性核素

20、。 + + 衰變的子核與母核相比，衰變的子核與母核相比，A A不變而不變而Z Z減少減少1 1，可，可 用下式表示用下式表示: : l 質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損m mz z： l m mz zm mz z-( m-( mz-1 z-1 +m +me e+m+me+ e+ m + m ) ) l = m = mz z- m- mz-1 z-1-2 m -2 me e l + +衰變時(shí)質(zhì)量虧損較大。這是因?yàn)橘|(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴プ儠r(shí)質(zhì)量虧損較大。這是因?yàn)橘|(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹?子時(shí)需一個(gè)負(fù)電子，核內(nèi)有如下過(guò)程：部分質(zhì)量虧子時(shí)需一個(gè)負(fù)電子，核內(nèi)有如下過(guò)程：部分質(zhì)量虧 損轉(zhuǎn)化為損轉(zhuǎn)化為1.022MeV1.022MeV能量，該能

21、量轉(zhuǎn)化為一對(duì)正負(fù)電能量，該能量轉(zhuǎn)化為一對(duì)正負(fù)電 子，負(fù)電子與質(zhì)子中和形成中子，正電子釋出，剩子，負(fù)電子與質(zhì)子中和形成中子，正電子釋出，剩 余的質(zhì)量虧損則轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)射粒子的動(dòng)能。余的質(zhì)量虧損則轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)射粒子的動(dòng)能。 l 衰變的條件是 衰變的條件是m mz z m mz-1 z-1+2 m +2 me e 。 。2 m 2 me e的質(zhì)量虧損的質(zhì)量虧損 正好是核內(nèi)形成一對(duì)正負(fù)電子所必須的正好是核內(nèi)形成一對(duì)正負(fù)電子所必須的1 1022MeV022MeV 能量的來(lái)源。能量的來(lái)源。 l 粒子的能譜與 粒子的能譜與 粒子相似，也是連續(xù)的， 粒子相似，也是連續(xù)的， 也有一個(gè)近似等于也有一個(gè)近似等于Q Q的的E

22、maxEmax。 l 粒子全部動(dòng)能損失后，便和周圍物質(zhì)中的 粒子全部動(dòng)能損失后，便和周圍物質(zhì)中的 自由負(fù)電子結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)方向相反而能自由負(fù)電子結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)方向相反而能 量均為量均為0.5ll MeV0.5ll MeV的的光子，電子本身的質(zhì)量光子，電子本身的質(zhì)量 則消失。這一現(xiàn)象稱為則消失。這一現(xiàn)象稱為電子湮沒(méi)電子湮沒(méi) （AnnihilationAnnihilation）, ,其其輻射則稱輻射則稱湮沒(méi)輻射湮沒(méi)輻射。 粒子的特性 l粒子實(shí)質(zhì)是正電子； l衰變后子核質(zhì)量數(shù)不變，但質(zhì)子數(shù)減； l也為連續(xù)能譜； l天然核素不發(fā)生衰變，只有人工核素才 發(fā)生； l應(yīng)用：PET成像。 l( (四四)

23、)電子俘獲衰變電子俘獲衰變：電子俘獲衰變：電子俘獲衰變 (Electron Capture Decay)(Electron Capture Decay)是指是指缺中子核缺中子核從從 核外俘獲一個(gè)軌道電子，使核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)核外俘獲一個(gè)軌道電子，使核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn) 變?yōu)橹凶拥乃プ冞^(guò)程。電子俘獲衰變常簡(jiǎn)稱變?yōu)橹凶拥乃プ冞^(guò)程。電子俘獲衰變常簡(jiǎn)稱 ECEC衰變衰變，它和，它和 衰變一樣，子核的原子序 衰變一樣，子核的原子序 數(shù)比母核減少數(shù)比母核減少1 1，原子質(zhì)量數(shù)不變，由于，原子質(zhì)量數(shù)不變，由于K K層層 電子被俘獲的幾率最高，這種衰變有時(shí)也叫電子被俘獲的幾率最高，這種衰變有時(shí)也叫 K K電子俘獲電子俘

24、獲。該過(guò)程也伴有中微子發(fā)射，可。該過(guò)程也伴有中微子發(fā)射，可 用下式表示：用下式表示： lECEC衰變時(shí)的衰變能衰變時(shí)的衰變能Q Q除提供除提供的動(dòng)能外，主的動(dòng)能外，主 要用于使核處于要用于使核處于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)，并隨即發(fā)射，并隨即發(fā)射線。線。 提供衰變能的質(zhì)量虧損提供衰變能的質(zhì)量虧損m mz z是：是： l m mz z =m =mz z-m-mz-1 z-1- i - iC C2 2 l某一殼層某一殼層( (例如例如K K層層) )的一個(gè)電子被俘獲后，的一個(gè)電子被俘獲后， 該殼層就出現(xiàn)一個(gè)空位。于是處于較高能級(jí)該殼層就出現(xiàn)一個(gè)空位。于是處于較高能級(jí) 的殼層電子就可躍遷到該空位，同時(shí)將多余的殼層

25、電子就可躍遷到該空位，同時(shí)將多余 的能量的能量( (相當(dāng)于躍遷前后兩殼層能級(jí)的差相當(dāng)于躍遷前后兩殼層能級(jí)的差) )以以 X X線形式輻射出來(lái)。應(yīng)當(dāng)注意，此時(shí)由于核線形式輻射出來(lái)。應(yīng)當(dāng)注意，此時(shí)由于核 的變化，殼層電子已相當(dāng)?shù)氐淖兓?，殼層電子已相?dāng)?shù)亍案脑旄脑臁背勺芋w成子體 核素的殼層電子，所以釋出的子體核素的特核素的殼層電子，所以釋出的子體核素的特 征征X X線。線。 l 有時(shí)，電子躍遷多余的能量也可不以特征有時(shí)，電子躍遷多余的能量也可不以特征X X線的形式線的形式 釋出，而是傳遞給另一殼層電子，一部分用以克服該釋出，而是傳遞給另一殼層電子，一部分用以克服該 電子的結(jié)合能使之成為自由電子，其余

26、部分則成為該電子的結(jié)合能使之成為自由電子，其余部分則成為該 電子的動(dòng)能。這樣釋出的電子稱為電子的動(dòng)能。這樣釋出的電子稱為俄歇電子俄歇電子(Auger (Auger Electron)Electron)。 l EcEc衰變時(shí)釋出的衰變時(shí)釋出的X X線和俄歇電子都不是直接來(lái)自核內(nèi)，線和俄歇電子都不是直接來(lái)自核內(nèi)， 而是次級(jí)輻射。它們?cè)谀芰糠矫娴奶攸c(diǎn)是而是次級(jí)輻射。它們?cè)谀芰糠矫娴奶攸c(diǎn)是: 1): 1)能量都能量都 較低較低，通常是，通常是KeVKeV級(jí)；級(jí)；2)2)能量都是定值而不是連續(xù)譜能量都是定值而不是連續(xù)譜， 3)3)能量因被俘獲的電子和躍遷電子所處殼層不同而不能量因被俘獲的電子和躍遷電子所

27、處殼層不同而不 同同，所以每種核素，所以每種核素ECEC衰變都可發(fā)射幾種不同能量的衰變都可發(fā)射幾種不同能量的X X 線和俄歇電子，各有一定的機(jī)率；線和俄歇電子，各有一定的機(jī)率；4)4)俄歇電子的能量俄歇電子的能量 一般都略低于相應(yīng)的一般都略低于相應(yīng)的X X線線 l 衰變和 衰變和ECEC衰變都發(fā)生在缺中子的核素，所以同一衰變都發(fā)生在缺中子的核素，所以同一 種核素有時(shí)可同時(shí)進(jìn)行這兩種衰變。種核素有時(shí)可同時(shí)進(jìn)行這兩種衰變。 l( (五五) )躍遷和同質(zhì)異能躍遷躍遷和同質(zhì)異能躍遷；有些核素在；有些核素在 進(jìn)行進(jìn)行、 、 、 或 或ECEC等衰變時(shí)，產(chǎn)生的子等衰變時(shí)，產(chǎn)生的子 核可能暫時(shí)處于激發(fā)態(tài)核能

28、級(jí)，再很快過(guò)渡核可能暫時(shí)處于激發(fā)態(tài)核能級(jí)，再很快過(guò)渡 到能量較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)在這個(gè)過(guò)渡過(guò)到能量較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)在這個(gè)過(guò)渡過(guò) 程中，多余的能量以光子程中，多余的能量以光子(Photon)(Photon)的形式即的形式即 線的形式發(fā)射出來(lái)。這種伴有線的形式發(fā)射出來(lái)。這種伴有光子發(fā)射光子發(fā)射 的 核 能 級(jí) 躍 遷 稱 為的 核 能 級(jí) 躍 遷 稱 為 躍 遷躍 遷( G a m m a ( G a m m a Transition)Transition)。 l激發(fā)態(tài)子體激發(fā)態(tài)子體Y YYY基態(tài)基態(tài)+h +h l每一激發(fā)態(tài)的原子核退激時(shí)，可以不只釋出每一激發(fā)態(tài)的原子核退激時(shí)，可以不只釋出 一個(gè)一

29、個(gè)光子光子 。大多數(shù)有。大多數(shù)有躍遷的核素，子體躍遷的核素，子體 處于激發(fā)態(tài)的時(shí)間約為處于激發(fā)態(tài)的時(shí)間約為1010-13 -13秒，因此， 秒，因此，躍遷躍遷 常被看作與母體核衰變同時(shí)發(fā)生。常被看作與母體核衰變同時(shí)發(fā)生。 l 有些核素激發(fā)態(tài)存在時(shí)間較長(zhǎng)，常被看作一種單獨(dú)的核有些核素激發(fā)態(tài)存在時(shí)間較長(zhǎng)，常被看作一種單獨(dú)的核 素，稱為素，稱為同質(zhì)異能素同質(zhì)異能素。它本身又作為母體，經(jīng)。它本身又作為母體，經(jīng)躍遷后躍遷后 變成變成Z Z和和A A都相同，但是能級(jí)不同的子體核。這種特殊的都相同，但是能級(jí)不同的子體核。這種特殊的 躍遷稱為躍遷稱為同質(zhì)異能躍遷同質(zhì)異能躍遷 (Isomeric Transit

30、ion)(Isomeric Transition)，其其 過(guò)程如下：過(guò)程如下： l l 有時(shí)原子核發(fā)生有時(shí)原子核發(fā)生躍遷時(shí)不發(fā)射躍遷時(shí)不發(fā)射光子，而是把多余的光子，而是把多余的 能量交給核外繞行的電子能量交給核外繞行的電子( (主要為主要為K K層，也有其它殼層電層，也有其它殼層電 子子) )，使它脫離原子而放射出來(lái)。這種電子稱為，使它脫離原子而放射出來(lái)。這種電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換 電子電子，能量是固定的，近似于，能量是固定的，近似于光子的能量。光子的能量。光子和光子和 內(nèi)轉(zhuǎn)換電子都是核從激發(fā)態(tài)躍遷至較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)換電子都是核從激發(fā)態(tài)躍遷至較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí) 可能產(chǎn)生的。由于內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的

31、發(fā)射，核外殼層電子出可能產(chǎn)生的。由于內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的發(fā)射，核外殼層電子出 現(xiàn)空位，較高能級(jí)殼層的電子就進(jìn)行填補(bǔ)。因此發(fā)射內(nèi)現(xiàn)空位，較高能級(jí)殼層的電子就進(jìn)行填補(bǔ)。因此發(fā)射內(nèi) 轉(zhuǎn)換電子后，還會(huì)放射特征轉(zhuǎn)換電子后，還會(huì)放射特征X X線或俄歇電子，所以線或俄歇電子，所以衰衰 變時(shí)釋出的射線是較復(fù)雜的。變時(shí)釋出的射線是較復(fù)雜的。 射線特性 l射線為光子流，不帶電，穿透力強(qiáng)，電 離能力弱； l射線在真空中速度為30萬(wàn)km/s。 l應(yīng)用：體外成像。 三種衰變的比較三種衰變的比較 l衰變質(zhì)量、質(zhì)子數(shù)都變； l衰變質(zhì)子數(shù)變，質(zhì)量數(shù)不變； l衰變質(zhì)子、質(zhì)量數(shù)都不變，而能量改變。 射線射線 -射線射線 正電子電子俘獲正

32、電子電子俘獲 射線射線 氦核氦核 （42He） 發(fā)生于原子序數(shù)發(fā)生于原子序數(shù) 82的核素的核素 粒子粒子質(zhì)量大，帶電質(zhì)量大，帶電 核核 射程短、穿透力弱，射程短、穿透力弱， 不適合顯像不適合顯像 射程短、能量單一，對(duì)射程短、能量單一，對(duì) 局部的電離作用強(qiáng)，引局部的電離作用強(qiáng)，引 入體內(nèi)后，對(duì)其局部的入體內(nèi)后，對(duì)其局部的 生物組織產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷，生物組織產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷， 而不影響遠(yuǎn)處組織。因而不影響遠(yuǎn)處組織。因 此對(duì)此對(duì)開展體內(nèi)惡性組織開展體內(nèi)惡性組織 的放射性核素治療具有的放射性核素治療具有 潛在優(yōu)勢(shì)潛在優(yōu)勢(shì) 應(yīng)應(yīng) 用用 特特 征征 組組 成成 高速運(yùn)動(dòng)高速運(yùn)動(dòng) 的電子流的電子流 穿透穿透 力弱力

33、弱 治療治療， 如如32P- 真性紅真性紅 細(xì)胞增細(xì)胞增 多癥，多癥， 131I 甲狀腺甲狀腺 疾病疾病 +粒子粒子 發(fā)生于貧中發(fā)生于貧中 子核素子核素 射程僅射程僅 12mm PET顯顯 像像 光子光子 發(fā)生于發(fā)生于 衰變、衰變、 衰變衰變 或核反應(yīng)之后或核反應(yīng)之后 不帶電荷，運(yùn)動(dòng)速度不帶電荷，運(yùn)動(dòng)速度 快（等于光速），穿快（等于光速），穿 透力強(qiáng)，對(duì)組織的局透力強(qiáng)，對(duì)組織的局 部作用較部作用較 -射線和射線和 射射 線弱線弱 體外顯像體外顯像 射線射線 俄歇電子俄歇電子 內(nèi)轉(zhuǎn)換電子內(nèi)轉(zhuǎn)換電子 發(fā)生于貧發(fā)生于貧 中子核素中子核素 核醫(yī)學(xué)顯像、核醫(yī)學(xué)顯像、 體外分析、體外分析、 放射性核素治放

34、射性核素治 療療 衰衰 變變 規(guī)規(guī) 律律 l 放射性核素是不穩(wěn)定的，它要自發(fā)地發(fā)生衰變放射性核素是不穩(wěn)定的，它要自發(fā)地發(fā)生衰變 而變成新元素的核。而變成新元素的核。 l 放射性原子核并不是同時(shí)衰變的，對(duì)于某一個(gè)放射性原子核并不是同時(shí)衰變的，對(duì)于某一個(gè) 原子核而言，何時(shí)衰變是各自獨(dú)立沒(méi)有規(guī)律的，原子核而言，何時(shí)衰變是各自獨(dú)立沒(méi)有規(guī)律的， 但對(duì)于某一種原子核的群體而言，它的衰變是但對(duì)于某一種原子核的群體而言，它的衰變是 有規(guī)律的，有規(guī)律的，即原子核數(shù)目隨時(shí)間增長(zhǎng)按指數(shù)規(guī)即原子核數(shù)目隨時(shí)間增長(zhǎng)按指數(shù)規(guī) 律減少。律減少。 11. 半衰期，半衰期，T1/2 (half-life) 物理半衰期物理半衰期（

35、physical half life）:放射性核素減少放射性核素減少 至一半，所需的時(shí)間。越短說(shuō)明核素衰變?cè)娇?。至一半，所需的時(shí)間。越短說(shuō)明核素衰變?cè)娇臁?生物半衰期生物半衰期（biological half life）:生物體內(nèi)的放生物體內(nèi)的放 射性核素由于機(jī)體代謝從體內(nèi)排出一半所需的時(shí)間。射性核素由于機(jī)體代謝從體內(nèi)排出一半所需的時(shí)間。 有效半衰期有效半衰期（effective half life）:生物體內(nèi)的放射生物體內(nèi)的放射 性核素由于機(jī)體代謝從體內(nèi)和物理衰變兩個(gè)因素作用，性核素由于機(jī)體代謝從體內(nèi)和物理衰變兩個(gè)因素作用， 減少至原有放射性活度的一半所需的時(shí)間。減少至原有放射性活度的一半所

36、需的時(shí)間。 T1/2為每一放射性核素所特有。測(cè)定為每一放射性核素所特有。測(cè)定T1/2 可確定核素種類，甚至可推斷放射性核可確定核素種類，甚至可推斷放射性核 素混合物中核素種類。素混合物中核素種類。 例如：例如：99mTc 6Hr 153Sm 47Hr 131I 8Day 186Re 90Hr 32P 14Day 125I 60day 12.放射性活度（放射性活度（radioactivity） 單位時(shí)間內(nèi)原子核的衰變數(shù)量。 衰變常數(shù)： 某種放射性核素的核在單位時(shí)間內(nèi)自發(fā)衰變的 比率； 它反映該核素衰變的速度和特性；值大衰 變快，小則衰變慢，不受任何影響。 衰變公式 l衰變公式：Nt=Noe-t；

37、 A=Aoe-t l特性：不同的放射性核素有不同的； l共性：任何放射性核素的衰變?cè)雍藬?shù)目 隨時(shí)間增長(zhǎng)按指數(shù)規(guī)律減少； t N logN t l 貝克（貝克（Bq）為放射性活度的國(guó)際單位，為放射性活度的國(guó)際單位， 1Bq表示放射性核素每秒衰變表示放射性核素每秒衰變1次；次； l 居里（居里（Ci）為舊的單位，為舊的單位，1Ci表示每秒衰表示每秒衰 變變3.7x1010次。次。 l 1Ci=3.7x1010Bq,即即1mCi=37MBq l 1 Ci=3.71 Ci=3.7101010 10Bq =37GBq Bq =37GBq l 1mCi= 11mCi= 11010-3 -3Ci = 3.

38、7 Ci = 3.710107 7Bq =37MBqBq =37MBq l 1MBq= 11MBq= 110106 6Bq =27.03uCiBq =27.03uCi l 1GBq= 11GBq= 110109 9Bq =27.03mCiBq =27.03mCi l 1TBq= 11TBq= 1101012 12Bq =27.03Ci Bq =27.03Ci l lBq=60DPM lBq=60DPM l 1313、源源：可以通過(guò)諸如發(fā)射電離輻射或釋放放射性物：可以通過(guò)諸如發(fā)射電離輻射或釋放放射性物 質(zhì)而引起輻射照射的一切。質(zhì)而引起輻射照射的一切。 l 1414、放射源放射源：擬用作致電離輻射

39、源的任何劑量的放：擬用作致電離輻射源的任何劑量的放 射性物質(zhì)。射性物質(zhì)。 l BqBq數(shù)相同的兩個(gè)放射源，只是表示它們?cè)诿棵腌妰?nèi)衰數(shù)相同的兩個(gè)放射源，只是表示它們?cè)诿棵腌妰?nèi)衰 變的次數(shù)相同，并不表示發(fā)射的粒子數(shù)相同。變的次數(shù)相同，并不表示發(fā)射的粒子數(shù)相同。 l1515、放射性比活度放射性比活度(Specific Activity)(Specific Activity)： 是指一純的元素或化合物中，單位質(zhì)量所含是指一純的元素或化合物中，單位質(zhì)量所含 該元素中某一種放射性核素的放射性活度，該元素中某一種放射性核素的放射性活度， 也稱也稱比活度比活度。單位是。單位是BqBqg g或或BqBqmmol

40、mmol。它。它 實(shí)質(zhì)上表示樣品內(nèi)放射性核素在其所屬的元實(shí)質(zhì)上表示樣品內(nèi)放射性核素在其所屬的元 素的全部原子中所占比例的一種參數(shù)。素的全部原子中所占比例的一種參數(shù)。 l1616、放射性濃度放射性濃度：指單位體積溶液中所含指單位體積溶液中所含 的放射性活性，單位為的放射性活性，單位為BqBqmlml。放射性濃度。放射性濃度 和放射性含量不僅取決于所含放射性樣品的和放射性含量不僅取決于所含放射性樣品的 比活度，還取決于樣品的化學(xué)量，是與比活比活度，還取決于樣品的化學(xué)量，是與比活 度完全不同的參數(shù)。度完全不同的參數(shù)。 l實(shí)際上，一種放射性核素中常?；煊幸环N或?qū)嶋H上，一種放射性核素中常?；煊幸环N或 幾

41、種穩(wěn)定性核素幾種穩(wěn)定性核素( (包括同位素或非同位素包括同位素或非同位素) )， 這種穩(wěn)定性核素稱為這種穩(wěn)定性核素稱為載體載體( (包括同位素載體包括同位素載體 和非同位素載體和非同位素載體) )。 l 無(wú)載體放射性核素?zé)o載體放射性核素( (核素所有原子均為放射核素所有原子均為放射 性核素性核素) )的比活性可用下述方程計(jì)算：的比活性可用下述方程計(jì)算： l由于由于 lA ANo NoNo No：亞伏加德羅常數(shù)：亞伏加德羅常數(shù) l 若比活性為若比活性為S S，M M為克原子量為克原子量( (分子量分子量) ) l 則有：則有： lS=AS=AM=NoM=NoM (BqM (Bq克克) ) l 以

42、秒以秒-1 -1表示。 表示。 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院生產(chǎn) l RM-905型醫(yī)用活度型醫(yī)用活度 計(jì)（計(jì)（2000年）年） l 推出采用推出采用RS-232接口接口 與計(jì)算機(jī)通訊，隨機(jī)與計(jì)算機(jī)通訊，隨機(jī) 提供提供Windows9x管理管理 軟件光盤。軟件光盤。 l 可測(cè)可測(cè)99mTc、131I等。等。 l 可測(cè)可測(cè)153Sm、186Re及及 18F、 、15O、13N等正電等正電 子藥物。子藥物。 l 量程范圍：量程范圍：1Ci- 10Ci（99mTc） l普通核醫(yī)學(xué)儀器可測(cè)普通核醫(yī)學(xué)儀器可測(cè)1Bq，約為，約為10-16g 。 l天平：天平： 10-5g l微量化學(xué)分析：微量化學(xué)分析： 10-9g

43、 l熒光分析：熒光分析： 10-11g 10-12g l光譜分析：光譜分析： 10-10g 17、母牛、母牛 l即核素發(fā)生器，較長(zhǎng)壽命的放射性核素衰變產(chǎn)即核素發(fā)生器，較長(zhǎng)壽命的放射性核素衰變產(chǎn) 生短壽命核素。生短壽命核素。 l常用：鉬常用：鉬-锝發(fā)生器（锝發(fā)生器（90Mo-99Tcm generator） 三、三、射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用 人們進(jìn)行射線探測(cè)、防護(hù)和利用射線進(jìn)人們進(jìn)行射線探測(cè)、防護(hù)和利用射線進(jìn) 行診治疾病的基礎(chǔ)。行診治疾病的基礎(chǔ)。 1 1、帶電粒子帶電粒子 A)A)電離與激發(fā)電離與激發(fā)：（ionization and excitation） l 電離：、物質(zhì)核外電

44、子e-脫離軌道 自由電子；失去e-的核帶正電荷，兩者形成一對(duì) 離子。自由電子還可使其它原子發(fā)生電離：次級(jí) 電離 帶電粒子 e- 正負(fù)離子對(duì) 次級(jí)電離 l激發(fā)：激發(fā)：、物質(zhì)軌道電子獲能 由低能級(jí)高能級(jí)，使整個(gè)原子處于激 發(fā)態(tài)；退激時(shí)可釋放出光子或熱量。 帶電粒子 粒子 (退激) l帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，引起物質(zhì)的電離和帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，引起物質(zhì)的電離和 激發(fā)，而損失能量，前進(jìn)速度變慢。而在激發(fā)，而損失能量，前進(jìn)速度變慢。而在 所經(jīng)過(guò)的路徑周圍，留下了許多離子對(duì)。所經(jīng)過(guò)的路徑周圍，留下了許多離子對(duì)。 在單位徑跡長(zhǎng)度上所產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)稱為在單位徑跡長(zhǎng)度上所產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)稱為 電離密度電離密度。電離密

45、度是反映射線對(duì)物質(zhì)電。電離密度是反映射線對(duì)物質(zhì)電 離作用程度的一個(gè)物理量，其單位是離子離作用程度的一個(gè)物理量，其單位是離子 對(duì)對(duì)cmcm或離子對(duì)或離子對(duì)mmmm。 l電離密度與帶電離子的電離密度與帶電離子的速度平方成反比速度平方成反比，與，與 帶電離子電荷量和物質(zhì)的密度有關(guān)。離子速帶電離子電荷量和物質(zhì)的密度有關(guān)。離子速 度小，帶電荷量大，物質(zhì)密度大，則電離密度小，帶電荷量大，物質(zhì)密度大，則電離密 度大，反之則小。度大，反之則小。 l粒子比粒子比粒子所帶的電荷多，且速度慢，粒子所帶的電荷多，且速度慢， 因此，因此， 粒子的電離作用比粒子的電離作用比粒子大的多。粒子大的多。 l傳能線密度：傳能線密

46、度：定義為單位長(zhǎng)度徑跡上粒子能定義為單位長(zhǎng)度徑跡上粒子能 量的損失。其度量單位是量的損失。其度量單位是MevMevcmcm-1 -1。常用來(lái)反 。常用來(lái)反 映射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)的能量損失，亦稱映射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)的能量損失，亦稱線性能線性能 量傳遞量傳遞(Linear Energy Transfer(Linear Energy Transfer，LET)LET)。 l電離密度和傳能線密度均與輻射引起的生物電離密度和傳能線密度均與輻射引起的生物 效應(yīng)有關(guān)。效應(yīng)有關(guān)。 B)B)、軔致輻射軔致輻射 bremsstrahlungbremsstrahlung 高速帶電粒子通過(guò)物質(zhì)原子核電場(chǎng)時(shí)受到突然 阻滯，運(yùn)動(dòng)方向和速度都發(fā)生變化，能量減低， 多余的能量以X射線的形式輻射出來(lái)稱為軔致 輻射； 產(chǎn)生幾率隨帶電粒子的能量和物質(zhì)原子序數(shù)增 大而增大。 粒子粒子 X l單位路程產(chǎn)生軔射輻射的機(jī)率與下述幾點(diǎn)有 關(guān)： l(1)與帶電粒子質(zhì)量的平方成反比。粒子質(zhì) 量大產(chǎn)生軔致輻射的機(jī)率極小，可忽略不計(jì)。 -粒子質(zhì)量小，速度大，產(chǎn)生的軔致輻射就 不可忽略。 l(2)隨帶電粒子的能量增大而增大，因此高能 量-射線的軔致輻射效應(yīng)顯著。 l(3)與物質(zhì)原子序數(shù)的平方成正比。因此，高 原子序數(shù)物質(zhì)(如鎢、鉛等重金屬)比低原子 序數(shù)物質(zhì)