醫(yī)用物理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件

1、第十五章 原子核和放射性15-1 原子核的基本性質(zhì)15-2 放射性核素的衰變種類15-3 放射性核素的衰變規(guī)律15-4 射線與物質(zhì)的相互作用15-5 電離輻射防護15-6 放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用第十五章 原子核和放射性15-1 原子核的基本性質(zhì)14-1 原子核的基本性質(zhì) 一、原子核的組成 1、中子-質(zhì)子模型 1886年E.Goldstein首先發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。 1920年盧瑟福預(yù)言原子核內(nèi)存在一中性粒子中子。 1930年W.Bothe,H.Beerker用射線轟擊玻的實驗中最早發(fā)現(xiàn)一種中性的、穿透力很強的射線，1931年F.joliot,l.curie讓該射線通過石蠟時打出了高速質(zhì)子， 但當(dāng)時都誤

2、認為該射線為射線。 1932年查德威克正式指出為中子射線。 1932年前蘇聯(lián)伊凡寧科、海森伯獨立提出原子核組成的中子質(zhì)子模型。14-1 原子核的基本性質(zhì) 一、原子核的組成 2、原子核的電荷：核帶正電，帶e的正數(shù)倍電荷，用原子序數(shù)Z表示。 Z： 天然Z：092 人工Z100 3、原子核的質(zhì)量：原子的質(zhì)量去掉核外電子的質(zhì)量。用原子質(zhì)量單位表示。 碳原子質(zhì)量的12分之一定義為1個原子質(zhì)量單位 ，記1u 標(biāo)記原子核 用A核的質(zhì)量數(shù)，Z 核電荷數(shù)，X元素符號 標(biāo)記原子核 用A核的質(zhì)量數(shù)，Z 核電荷數(shù)，X元素符號 對于原子核有 Z、N和能量狀態(tài)都相同的原子核或原子的集合稱為一種核素，記 原子量A不同，Z相

3、同核素稱為同位素 Z和N相同而處于不同能量狀態(tài)的核素稱為同質(zhì)異能素 相同A，不同Z的核素稱同量異位素 對于原子核有 Z、N和能量狀態(tài)都相同的原子核或 二、原子核的性質(zhì) 1、核的大?。喊霃剑?體積：2、核密度： 二、原子核的性質(zhì) 1、核的大?。喊霃剑?、核密度： 二、原子核的性質(zhì)3、核力：核力的主要特征： 1)、短程力 10-15m范圍內(nèi)起作用 2)、飽和力 只與緊鄰核子相互作用 3)、強力 4)、核力相互作用與核子的帶電狀態(tài)無關(guān)4、核能級 原子核與原子一樣具有分立的能級，在外界的干 擾下可發(fā)生能級躍遷 二、原子核的性質(zhì)3、核力：核力的主要特征： 三、原子核的穩(wěn)定性質(zhì)量虧損：核的質(zhì)量小于組成核的

4、核子質(zhì)量 結(jié)合能：平均結(jié)合能： 三、原子核的穩(wěn)定性質(zhì)量虧損：核的質(zhì)量小于組成核的核子質(zhì)量 三、原子核的穩(wěn)定性對于結(jié)合能計算 時： 平均結(jié)合能愈大，核子成核時放出的能量就愈多，核的結(jié)合就愈緊密，原子核就愈穩(wěn)定。分布情況如下： 輕核 A120，較小 中等核 平均結(jié)合能變化不大，但較大，約為8.6MeV 三、原子核的穩(wěn)定性對于結(jié)合能計算 時： 平 三、原子核的穩(wěn)定性 幻數(shù)：當(dāng)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)為2、8、20、50、82、126， 等數(shù)時最穩(wěn)定。 偶偶核 奇偶核 奇奇核核的穩(wěn)定性隨中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)增加而表現(xiàn)出周期性變化 三、原子核的穩(wěn)定性 幻數(shù)：當(dāng)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)為2、8、214-2 放射性核素的衰變種類核素

5、穩(wěn)定核素(270種)放射性核素(2200種)天然放射性人工放射性 核的放射性是貝克勒爾在1896年首先發(fā)現(xiàn)的。偶然中發(fā)現(xiàn)鈾鹽使包好的底片感了光，并很快確認為一種來自核的新的射線，它可使氣體電離。 1897年居里夫人選擇放射性作為自已的博士論文，相繼發(fā)現(xiàn)釷也具有貫穿輻射，她相信既然不止一種元素能自發(fā)地放出輻射，這又是一種原子現(xiàn)象，具有普通性，為此首次提 出了“放射性”一詞。并在1898年發(fā)現(xiàn)鐳和釙。目前已知元素109種，核素有2500多種，90%為放射性核素。衰變衰變衰變14-2 放射性核素的衰變種類核素穩(wěn)定核素放射性核素天然原子核衰變：不穩(wěn)定的放射性核素自發(fā)放出 射線變?yōu)榱硪环N核素的過程稱 為

6、原子核衰變 。 核衰變過程中遵守電荷、質(zhì)量、能量、動 量、核子數(shù)守恒定律。放射性： 原子核放出射線的特性，稱原子 核的放射性。類型：有三種；衰變，衰變，衰變原子核衰變：不穩(wěn)定的放射性核素自發(fā)放出 一、衰變 核衰變時放出射線，重核衰變?yōu)檩p的核的過程。核衰變方程母核子核He核衰變能衰變能衰變放出的衰變能主要反映在粒子的動能，子核動能較小。核衰變后，子核一般處于基態(tài)，也可處激發(fā)態(tài)。粒子的能譜特點：為分立的能譜。 一、衰變核衰變方程母核子核He核衰變能衰變能衰變核衰變方程核衰變方程 二、衰變 核衰變時放出射線的過程。電子流核衰變方程衰變能衰變放出的衰變能主要反映在電子的動能和中微子的動能上。核衰變后，

7、子核一般處于基態(tài)，也可處激發(fā)態(tài)。粒子的能譜特點：為連續(xù)能譜。 二、衰變核衰變方程衰變能衰變放出的衰變能主要反映-衰變 +衰變 K俘獲 -衰變 +衰變 K俘獲 電子俘獲時會伴隨標(biāo)識X射線或俄歇電子產(chǎn)生。 當(dāng)高能級的電子躍遷到低能級時，其多余的能量直接轉(zhuǎn)移給同一能級的另一電子，而不輻射X射線，使該電子電離，這種電子稱為俄歇電子 電子俘獲時會伴隨標(biāo)識X射線或俄歇電子產(chǎn)生。 粒子數(shù)粒子動能粒子能譜圖 粒子動能粒子能譜圖 三、衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換 核衰變時放出射線的過程。 、衰變后的子核大部分處于激發(fā)態(tài)，并以射線的形式釋放能量，躍遷到較低的能量狀態(tài)或基態(tài)，這種躍遷稱為衰變。 射線為光子流 三、衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換醫(yī)用物

8、理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件醫(yī)用物理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件 內(nèi)轉(zhuǎn)換: 處于激發(fā)態(tài)的原子核有時以另一方式釋放能量。即躍遷到基態(tài)時并不發(fā)射射線，而是把全部能量交給核外電子，使核外電子電離，這一過程稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換。 內(nèi)轉(zhuǎn)換過程會伴隨標(biāo)識X射線產(chǎn)生。 內(nèi)轉(zhuǎn)換:14-3 放射性核素的衰變規(guī)律一、衰變規(guī)律 原子核發(fā)生核衰變時，每一個核并不是同時發(fā)生衰變，而且無法預(yù)知。但對大數(shù)核組成的放射性物質(zhì)中，其衰變服從確定的統(tǒng)計規(guī)律。14-3 放射性核素的衰變規(guī)律一、衰變規(guī)律稱衰變常數(shù)：反映核衰變的快慢情況。由核素的性質(zhì)決定。 稱衰變常數(shù)：反映核衰變的快慢情況。由核素的性質(zhì)決定。 二、半衰期 二、半衰期 有效

9、半衰期 有效半衰期 三、平均壽命 三、平均壽命 四、放射性活度 四、放射性活度 四、放射性活度 四、放射性活度 四、放射性活度 四、放射性活度 五、放射性平衡 第一代子核母核第二代子核五、放射性平衡 第一代母核第二代醫(yī)用物理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件醫(yī)用物理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件醫(yī)用物理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件醫(yī)用物理學(xué)第十五章-原子核和放射性課件14-4 射線與物質(zhì)的相互作用射線可分成三類帶電粒子 ： 粒子、粒子中性粒子： 中子光子類： 光子14-4 射線與物質(zhì)的相互作用射線可分成三類作用方式：1：電離和激發(fā) 2：軔致輻射 3：彈性散射 電離：、帶電粒子通過物質(zhì)時，由于靜電

10、力的作用，使原子、分子中的電子獲得能量，產(chǎn)生自由電子和正離子，生成離子對，這一過程稱電離。 電離本領(lǐng)的大小，常用電離比值來表示，定義為單位厘米路徑上產(chǎn)生的離子對數(shù)。 一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用作用方式：1：電離和激發(fā)一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離比值：它與帶電粒子的速度、電量、和物質(zhì)的密度有關(guān)。 1、速度大，作用時間短，電離比值小反之，則大。 2、電量大，它與原子殼層上電子的作用就強，電離比值就大。反之，則小。 3、物質(zhì)密度大，單位體積內(nèi)的電子數(shù)目多，帶電粒子作用機會多，因而電離比值大，反之則小。 相同能量的帶電粒子，粒子的電離作用大，而粒子的電離作用就小。一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離

11、比值：它與帶電粒子的速度、電量、和物質(zhì)的密度有關(guān)。一、帶 激發(fā)：如果電子獲得的能量不足以使它脫離原子，而只能使它從低能級躍遷到高能級，這一過程稱為激發(fā)。 退激時以光的形式向外輻射能量或轉(zhuǎn)化為熱能。 散射：當(dāng)帶電粒子通過物質(zhì)時，因受核靜電場的作用而改變方向，這一過程稱為散射。 散射前后能量不變，稱彈性散射。 散射前后能量改變，稱非彈性散射。 粒子的散射作用要比粒子散射作用強一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 激發(fā)：如果電子獲得的能量不足以使它脫離原子 軔致輻射：高速運動的帶電粒子通過物質(zhì)時，會受到原子核的作用，速度急劇減小，帶電粒子的部分動能以光的形式向外輻射，這種輻射稱為軔致輻射。由軔致輻射帶電粒子

12、所損失的能量稱為輻射損失。 1、輻射損失與帶電粒子的質(zhì)量的平方成反比；粒子的輻射損失較粒子顯著。 2、輻射損失隨帶電粒子能量的增加而增大； 3、輻射損失與帶電粒子所經(jīng)過的物質(zhì)的原子序數(shù)的平方 成正比。一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 軔致輻射：高速運動的帶電粒子通過物質(zhì)時，會防護射線：宜用原子序數(shù)小的物質(zhì)材料 有機玻璃、塑料、鋁等 與電離作用相比，帶電粒子由于散射和軔致輻射所損失的能量要小得多。射程和吸收： 射程：粒子在物質(zhì)中通過的最大距離 帶電粒子通過物質(zhì)時，經(jīng)上述作用方式，其能量隨物質(zhì)厚度增加而減弱，以致完全喪失能量一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用防護射線：宜用原子序數(shù)小的物質(zhì)材料一、帶電粒子與物

13、質(zhì)的相互粒子最終吸收兩個電子變?yōu)楹ぴ?粒子變?yōu)樽杂呻娮?粒子同自由電子結(jié)合而轉(zhuǎn)變成兩個光子 帶電粒子的能量損失與粒子能量和吸收體的性質(zhì)有關(guān)。 射程能比較直觀地反映帶電粒子的貫穿本領(lǐng)。 粒子電離比值大，能量損失快，射程短； 粒子電離比值小，射程比較長，穿透本領(lǐng)強。一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用粒子最終吸收兩個電子變?yōu)楹ぴ右弧щ娏Ｗ优c物質(zhì)的相互作用作用方式有三種： 1、光電效應(yīng) 2、康普頓效應(yīng) 3、電子對效應(yīng)二、光子與物質(zhì)的相互作用吸收物質(zhì)的Z光子能量(MeV)作用方式有三種：二、光子與物質(zhì)的相互作用吸收光子能量(MeV作用方式有兩種： 1、核的散射 中子不帶電，直接的電離作用小，但間接電離作用較大，在物質(zhì)中能穿行很長距離。 與核發(fā)生碰撞而散射，通過碰撞損失動能。 防護材料：水、石蠟等減速材料 2、核反應(yīng)：中子容易進入原子核，發(fā)生核反應(yīng)。三、中子與物質(zhì)的相互作用作用方式有兩種：三、中子與物質(zhì)的相互作用三、中子與物質(zhì)的相互作用三、中子與物質(zhì)的相互作用一、放射治療 1、鈷-60治療 2、光刀 3、碘-13114-6 放射性核素在 醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用一、放射治療14-6 放射性核素在 二、示蹤診斷 要研究某一元素在機體內(nèi)的分布情況，