核医学物理基础

核医学物理基础，汇总了放射性和放射性核素、放射性衰变、射线与物质的相互作用的知识，有需要的小伙伴可以自取。

核医学物理基础

• 放射性和放射性核素
  • 原子结构、符号、能级
    • 原子核
      • 质子P
      • 中子N
      • 核子
    • 符号表示；目前通常用AX表示 各种核素
      • 核内的质子数称为原子序数，用符号 Z表示;
      • 核内质子和中子数之和即原子质量数， 用A表示。
    • 能级
      • 最低能量状态，即“基态”
      • 较高的能量状态，为激发态， 这时用符号m,即AmX表示
  • 元素、同位素、同质异能素、核素
    • 元素 质子数相同的原子称为一种元素，它们的原子序数相同，但原 子核中的中子数可以不同，例如碘元素中有几种不同的核。
    • 同位素 同一元素中，有些原子质子数相同而中子数不同，则称为该元素的同位素
    • 同质异能素 如果原子的质子数相同，中子数也相同，但是核的能级状态不同，那么它们互为同质异能素。
    • 核素 把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同一状态的一类原子，称为一种核素 每种元素可以包括若干种核素
    • 稳定性核素和放射性核素
• 放射性衰变
  • 衰变定义:放射性核素发生核内结构或能级的变化，同时自发地 放出而变为出一种或一种以上的射线而转变成另一种核素的过程为 “核衰变”。
  • 核衰变方式和类型
    • α衰变 核衰变时发射出α粒子的衰变 AZX--A-4Z-2Y+42He+Q
    • β衰变 原子核发射出电子的衰变为β衰变。核衰变时放射出β粒子或俘获轨道电子的衰变。β衰变后核素的原子序数可增加或减少但质量数不变。
      • β-衰变 衰变时放射出β-粒子。核内中子过多造成的不平衡(富中子核素)。 中子转化为质子的过程。 AZX→AZ+1Y+β-+ν-+Q
      • β+衰变(正电子衰变) 衰变时放射出β+粒子。核内中子过少致不平衡 ( 富 质子核素 ) 。质子转化为中子过程 AZX→AZ-1Y+β++ν+Q
      • 电子俘获(EC) 核衰变时原子核从内层轨道(K)俘获一个电子，使核内一个质子转 化为一个中子。(富质子核素) 它是核内中子数相对不足所致。
      • 共同点: • 质子→中子 • 子核的原子序数向前移一位 • 原子序数Z较小—β+衰变 • 原子序数Z较大—电子俘获 (粒子治疗用 125I，利用X线治疗) • 原子序数Z中等—β+衰变、电子俘获同时存在
    • γ衰变 γ衰变是伴随其它衰变而产生;上述四种衰变形成的子核可能处于激发态 核素由激发态向基态或高能态向低能态跃迁时放出γ射线的过程也称为γ跃迁 (γ transition);γ衰变后子核质量数和原子序数均不变，只是能量改变
    • 四种射线
  • 核衰变规律
    • • 放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变而变成新元素的核。 • 放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少。
    • 衰变常数(λ)：单位时间内核衰变的数目(活度)占当时放射性核数目的比率:λ=A / N
    • 核素物理特征常数，与外界环境无关 不同核素衰变常数不同 λ越大，衰变越快
    • 放射性活度： 单位时间内原子核衰变的数量称为: “放射性活度”即λ/N
      • 单位：国际单位专门名称是“贝可”(Bq ) （定义是每秒一次衰变。 1Bq=1S-1）
      • 以前的专用单位是“居里”(Ci) 1居里是每秒3.7×1010次衰变，即3.7×1010 Bq
    • 半衰期
      • 描述放射性核素衰变速率的指标。
      • 放射性活度因核衰变而减少到原有的一半所需要的时间称作“物理半衰期”
      • 各种核素的T1/2是不同的。
      • 生物半衰期:生物体内的放射性核素从体内排出一半需要的时间，Tb。
      • 有效半衰期:指生物体内的放射性核素由于从体内排出和物理衰变两个因素作用，放射性活度减少一半所需要的时间，Teff。
• 射线与物质的相互作用
  • 带电粒子
    • 电离：α、β→物质→核外电子→e-脱离轨道→自由电子;失去e-的核带正电荷，两者形成一对离子。
    • 激发：α、β→物质→轨道电子获能→由低能级→高能级 ， 使整个原子处于激发态;退激时可发射标X射线和Auger 电子。
    • 散射：入射粒子与粒子或粒子系统碰撞而改变运动方向与能量的过程。 仅改变运动方向而能量不变者为弹性碰撞。 α粒子的质量较大，径迹基本呈直线，发生散射较少 β粒子轻， 运动为曲线，散射明显。
    • 韧致辐射：高速带电粒子通过物质原子核电场时受到突然阻滞，运动方向发生偏转，部分或全部动能以X射线的形式辐射出来称为轫致辐射; 产生几率随带电粒子的能量和物质原子序数增大而增大。
    • 湮灭辐射：β╋粒子穿过物质,丧失动能后与自由电子e结合,转化为两个方向相反,能量各为0.511MeV的γ光子，这种现象称为湮灭辐射。
    • 吸收：入射带电粒子经电离、激发和韧致辐射等失去能量后，留在物质内 ,射线消失。
  • 光子
    • 光电效应 多发生在低能量:<0.5MeV;一般能量范围在10-30Kev 光子被物质原子完全吸收后发射轨道电子; 脱离轨道的电子称光电子，还可产生次级电离; 原子因电子空位处于激发态,退激时发射标识X线或俄歇电子。
    • 康普顿效应 多发生在中等能量:0.5-1.0MeV，一般能量范围在30Kev-25MeV 入射光子将部分能量转移给物质核外电子,其余部分能量被散射光子带走;入射光子多为与外层轨道电子弹性碰撞，光子与电子的相互作用。
    • 电子对生产效应 发生在能量足够大的光子:>1.02MeV(两个电子的静止质量); 光子在电场作用下被完全吸收，产生一对正负电子; 光子能量被正、负电子任意分配带走(超过1.02MeVEr转化为正负电子动能);
  • 中子
    • • 不带电 • 次级粒子产生电离 • 与原子核作用方式:弹性散射和核反应
• 记录方式
  • 计数
  • 时间/空间-放射性活度曲线
  • 放射性分布图像