醫用核物理基礎醫用核物理基礎一、原子結構原子核由

質子（Proton；P)

中子（Neutron；N）組成，

質子和中子統稱為

核子（Nucleon）。

醫用核物理基礎

Z&A質子帶一個單位的正電荷，中子不帶電荷。核內的質子數稱為原子序數，用符號Z表示；核內質子和中子數之和即原子質量數，用A表示。

醫用核物理基礎原子核的表示符號目前通常用AX表示各種核素，如131I。

醫用核物理基礎2、原子核的能級

原子核具有一定的能量。最低能量狀態，即“基態”；較高的能量狀態，為激發態，這時用符號m,即AmX表示。例如99mTC醫用核物理基礎二、元素、同位素、同質異能素、核素1、元素質子數相同的原子稱為一種元素，它們的原子序數相同，但原子核中的中子數可以不同，例如碘元素中有幾種不同的核。

醫用核物理基礎2、同位素同一元素中，有些原子質子數相同而中子數不同，則稱為該元素的同位素，如上例各種碘互為碘的同位素。醫用核物理基礎3、同質異能素如果原子的質子數相同，中子數也相同，但是核的能級狀態不同，那么它們互為同質異能素。例如：99Tc和99mTc

醫用核物理基礎4、核素

把質子數相同，中子數也相同，核能級處于同一狀態的一類原子，稱為一種核素。下面是六種不同的核素

123I,125I,127I,131I,99mTc,99Tc

醫用核物理基礎三、穩定性核素和放射性核素穩定性核素不穩定核素

(放射性核素）醫用核物理基礎四、放射性衰變放射性核素發生核內結構或能級的變化，同時自發地放出而變為出一種或一種以上的射線而轉變成另一種核素的過程為“核衰變”。醫用核物理基礎核衰變方式核處于不穩定狀態的原因不同，其衰變有不同的方式。以下介紹5種衰變方式及4種射線

5種衰變方式:α、β─、β╋、k、γ4種射線:α、β─、β╋、γ醫用核物理基礎核衰變類型（nucleardecay)α衰變

核衰變時放射出α粒子的衰變。

AZX--A-4Z-2Y+42He+Q

4Heγ醫用核物理基礎α粒子特性α粒子實質上是He原子核，α衰變發生在原子序數大于８２的重元素核素α粒子的速度約為光速的1/10，即２萬km/s，2s繞地球１周。在空氣中的射程約為３－８cm，在水中或機體內為0.06-0.16mm。因其質量大，射程短，穿透力弱，一張紙即可阻擋但α粒子的電離能力很強。醫用核物理基礎2、β衰變原子核發射出電子的衰變為β衰變。β衰變發射的射線分為β━射線或β+射線

β━衰變

β衰變

β+衰變醫用核物理基礎β衰變核衰變時放射出β粒子或俘獲軌道電子的衰變。β衰變后核素的原子序數可增加或減少但質量數不變。分β－衰變、β＋衰變和電子俘獲三種類型。β粒子的速度為20萬km/s。

醫用核物理基礎β－衰變衰變時放射出β－粒子。核內中子過多造成的不平衡。中子轉化為質子的過程。

np+e-β－γ醫用核物理基礎β－粒子的特性β－粒子實質是負電子；衰變后質量數不變，原子序數加１。的能量分布具有連續能譜，穿透力比a粒子大；電離能量比a粒子弱，能被鋁和機體吸收，β－粒子在軟組織中的射程為厘米水平。醫用核物理基礎β＋衰變（正電子衰變）衰變時放射出β＋粒子。核內中子過少致不平衡。質子轉化為中子過程β＋γpn+e+醫用核物理基礎β＋粒子的特性β＋粒子實質是正電子；衰變后子核質量數不變，但質子數減１.

β＋也為連續能譜；天然核素不發生β＋衰變，只有人工核素才發生。醫用核物理基礎電子俘獲(electroncapture,EC)核衰變時原子核從內層軌道（K）俘獲一個電子，使核內一個質子轉化為一個中子。。它是核內中子數相對不足所致。P+e-n特征X線Auger電子γ醫用核物理基礎醫用核物理基礎γ衰變γ衰變是伴隨其它衰變而產生；上述四種衰變形成的子核可能處于激發態

核素由激發態向基態或高能態向低能態躍遷時放出γ射線的過程也稱為γ躍遷(γtransition)；γ衰變后子核質量數和原子序數均不變，只是能量改變。內轉換電子γ醫用核物理基礎醫用核物理基礎

γ射線特性γ射線為光子流，不帶電，穿透力強，電離能力弱；γ射線在真空中速度為30萬km/s。

醫用核物理基礎三種衰變的比較α衰變質量、質子數都變；β衰變質子數變，質量數不變；γ衰變質子、質量數都不變，而能量改變。醫用核物理基礎五、核衰變規律放射性核素是不穩定的，它要自發地發生衰變而變成新元素的核。放射性原子核并不是同時衰變的，對于某一個原子核而言，何時衰變是各自獨立沒有規律的，但對于某一種原子核的群體而言，它的衰變是有規律的，即原子核數目隨時間增長按指數規律減少。醫用核物理基礎N=N0e-λt醫用核物理基礎Decayconstant(λ)衰變常數：某種放射性核素的核在單位時間內自發衰變的比率；它反映該核素衰變的速度和特性；λ值大衰變快，小則衰變慢，不受任何影響不同的核素其λ值不同。醫用核物理基礎放射性活度單位時間內原子核衰變的數量稱為"放射性活度"即入N放射性活度的單位

國際單位專門名稱是“貝可”(Becqurel,Bq)

定義是每秒一次衰變。1Bq=1S-1

派生單位：千貝可，KBq；百萬貝可，MBq

以前的專用單位是“居里”（Ci）1居里是每秒3.7×1010次衰變，即3.7×1010

Bq

派生單位有毫居里，mCi,即1/1000Ci

微居里，μci,即1/1000mCi醫用核物理基礎半衰期因為衰變的原因，樣品的放射性活度總是隨時間而減少，半衰期是描述放射性核素衰變速率的指標。放射性活度因核衰變而減少到原有的一半所需要的時間稱作“物理半衰期”各種核素的T1/2是不同的。131I__8.04d;

125I__59d;

99mTc__6.02h長者可達1010a，短者僅有10-10s。半衰期<10h的核素稱為短半衰期核素。醫用核物理基礎生物半衰期（Tb）

有效半衰期（Teff）核醫學中還用到另外兩種半衰期：“生物半衰期”----生物體內的放射性核素從體內排出一半需要的時間，Tb。“有效半衰期”--指生物體內的放射性核素由于從體內排出和物理衰變兩個因素作用，放射性活度減少一半所需要的時間，Teff。例如：用131I治療甲狀腺疾病時，要了解該患者的131ITeff。醫用核物理基礎六、核射線對物質的作用核射線可分為帶電粒子與不帶電的γ光子,它們對物質作用的情況有一定差別。

醫用核物理基礎1、帶電粒子對物質的作用

帶電粒子：α、β━、β╋對物質的作用：電離、激發、散射、韌致輻射、湮滅輻射醫用核物理基礎帶電粒子電離與激發：（ionizationandexcitation）電離：α、β→物質→核外電子→e-脫離軌道→自由電子；失去e-的核帶正電荷，兩者形成一對離子。自由電子還可使其它原子發生電離：次級電離帶電粒子e-正負離子對次級電離33.85eV醫用核物理基礎

激發：α、β→物質→軌道電子獲能→由低能級→高能級，使整個原子處于激發態；退激時可發射標識X射線和Auger電子。

帶電粒子粒子γ(退激)醫用核物理基礎軔致輻射

bremsstrahlung高速帶電粒子通過物質原子核電場時受到突然阻滯，運動方向發生偏轉，部分或全部動能以X射線的形式輻射出來稱為軔致輻射；產生幾率隨帶電粒子的能量和物質原子序數增大而增大。

粒子X醫用核物理基礎散射

scattering入射粒子與粒子或粒子系統碰撞而改變運動方向與能量的過程。僅改變運動方向而能量不變者為彈性碰撞。

α粒子的質量較大，徑跡基本呈直線，發生散射較少。β粒子輕，運動為曲線，散射明顯。粒子粒子醫用核物理基礎湮滅輻射β╋粒子穿過物質,喪失動能后與自由電子e結合,轉化為兩個方向相反,能量各為0.511MeV的γ光子，這種現象稱為湮滅輻射。探測湮滅輻射產生的γ光子是正電子發射斷層成像即PET的基礎PET,positronemissiontomography

醫用核物理基礎2、γ光子對物質的作用

γ光子不帶電，它對物質的作用有以下幾種表現形式（γ光子能量不同，表現形式發生機率不同）（1）光電子效應（photoelectriceffect）

（2）康普頓效應（Comptoneffect)（3）電子對生成(electronpairproduction)

醫用核物理基礎光子與物質的相互作用

光電子效應(photoelectriceffect)：多發生在低能量：<0.5MeV；光子被物質原子完全吸收后發射軌道電子；脫離軌道的電子稱光電子，還可產生次級電離；原子因電子空位處于激發態,退激時發射標識X線或俄歇電子。X,俄歇e光電子γKL醫用核物理基礎康普頓效應

Comptoneffect多發生在中等能量：0.5-1.0MeV入射光子將部分能量轉移給物質核外電子,其余部分能量被散射光子帶走；入射光子多為與外層軌道電子彈性碰撞，光子與電子的相互作用。入射γ康普頓e散射γ醫用核物理基礎電子對生產效應

electronpairproduction發生在能量足夠大的光子：>1.02MeV（兩個電子的靜止質量）；光子在電場作用下被完全吸收，產生一對正負電子；光子能量被正、負電子任意分配帶走(超過1.02MeVEr轉化為正負電子動能)；

入射γe+511keV511keVe-醫用核物理基礎七、幾種射線的基本性質及用途醫用核物理基礎α、β、γ穿透能力比較醫用核物理基礎八、記錄方式根據臨床需要來選擇對核衰變的記錄方式，主要有三類：1、計數(