绪论核物理与辐射防护基本知识

,检验核医学,绪论及核物理与辐射防护基本知识 管超楠,电磁波谱示意图,手机发出的电磁波波长为多少纳米？ 手机分GSM手机和CDMA手机 GSM的频率有三种：900MHz/1800MHz/1900MHz,其中中国是用的两种900和1800的 CDMA有800MHZ和1900MHZ两种. C=×f,其中c是光速,f是频率,就能算出波长 GSM手机波长分别为0.27米和0.54米 CDMA手机波长分别为0.24米和0.57米,不同波长电磁射线在生活中的应用,根据GB18871-2002中华人民共和国国家标准电离辐射防护与辐射源安全基本标准中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2003年-04-01实施 公众照射（实践使公众中有关关键人群组的成员所受到的平均剂量估计值不应超过下述限值）： 年有效剂量，1mSv 特殊情况下，如果5个连续年的年平均剂量不超过1mSv，则某一单一年份的有效剂量可提高到5mSv； 眼晶体的年当量剂量，15mSv； 皮肤的年当量剂量，50mSv。 补充：1.5 Sv以下照射，死亡率为0；6.5 Sv照射死亡率 100%,人体常接触电离辐射剂量参考值： 某些高本地地区3.7mSv/年 砖房0.75mSv/年 水果、粮食、蔬菜、空气0.25mSv/年 土壤0.15mSv/年 北京至欧洲乘飞机往返一次0.04mSv/次 生活在核电站附近0.01mSv/年 地铁安检 0.01mSv/年,人体常接触电离辐射剂量参考值： 胸透 1.1 mSv/次 头颅CT 2mSv/次 胸部CT 8mSv/次 腹部CT 10mSv/次 骨盆CT 10mSv/次 每天吸烟20只 0.5-2mSv/年,检验核医学 （laboratory nuclear medicine）,01,核素示踪 体外放射分析,02,spect/ct pet/ct pet/核磁,03,GD甲亢 甲状腺癌 真红细胞增多症,单光子发射计算机断层成像术 (Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT),正电子断层成像术pet/ct,pet/核磁,30岁，女性患者，头疼，MRI正常，而18F-FDG-PET发现左顶叶18F-FDG摄取减少,graves disease GD甲亢,检验核医学的由来,1896年 法国物理学家 贝克勒尔 Henri Becquerel 天然铀的放射性 1923年 赫维塞 Hevesy 首次使用32P当做示踪剂 1959年 Berson和Yalow 创建了放射免疫分析技术 免疫放射分析 酶的放射分析,核物理基础知识,原子结构模型,核素及其相关概念,原子atom 质子proton-p 中子neutron-n 原子质量单位atomic mass unit-amu 1 amu相当于1/12的12C原子质量 p=1.007276amu；n=1.008665amu 科学定义：1amu=一个质量数； 1amu=0质量数 原子质量数=质子数和中子数之和，用A表示,质子带1e电荷；核外电子带1e-电荷 1e=4.8028*10-10静电单位 核内带几个质子，正电荷就是几个e，用Z表示，Z又称原子序数。 核素符号 原子能量状态分为基态和激发态，用m表示AmX,核素,原子核内质子数相等的一类核，称为元素element 11H、21H、31H; 9943Tc、99m43Tc。 核素：是原子核内质子数相同、中子数相同、能量状态一致的一类核。核素是元素的基本单位。 同质异能素isomer：是质子数相同，中子数相同，能量状态不一致的核素。 同位素isotope：是质子数相等，中子数不同，能量状态不一致的核素。,放射性核素和稳定性核素,放射性核素radioactive nuclide： 自主发生核结构或能量状态改变，生成另一种核素，释放某种粒子的核素 稳定性核素stable nuclide：不具有自主发生核衰变或者发生几率极小的核素。 衰变几率半衰期 半衰期1，000，000，000，000，000年,核衰变,衰变-释放粒子的衰变 通式： AZX A-4Z-2Y + 42He + Q 母核 子核 粒子 聚变能 粒子速度约为光速1/10，空气中射程3-8厘米，在水中和机体中只有0.06-0.16mm，穿透力弱，射程短 衰变-释放或捕获电子的核衰变 _ 通式： AZX AZ±1Y + 0±1e + Q + v（v） 母核 子核 粒子 聚变能 正反中微子 -粒子穿透能力教粒子强，射程长，但电离能力弱，能被铝箔或组织吸收。 反中微子：电中性，质量比电子小的基本粒子,电子俘获 electron capture：当核内中子数相对不足时，还可以从原子核外最内层（K层）的轨道上俘获一个电子进入核内，使核内一个质子转化为中子，发生p+en+v的转变，达到稳定的核结构 衰变：处在激发状态的子核，撤退到基态，多余的能量以光子形式释放。在衰变的过程中，子核的Z和A均不变，称为同质异能跃迁，简称跃迁 衰变通式： AmZX AZX + h 激发态母核 基态子核 光子（射线） 射线是从原子内核释放的波长短，频率高的电离辐射，穿透能力强，电离能力强,131I的物理特性,131I发射和射线 物理半衰期8.04天 射线能量0.364 Mev 射线射程几米 射线能量0.61 Mev 射线在组织内射程2-4mm,、三种射线本质,射线：带正电荷的高速运动粒子流，电量2e+，质量4amu，氦原子核，质量重很容易被物质吸收 射线：高速运动电子流，可以穿透几毫米铝板，电离能力强 射线：一种光子流，本质属于电磁波，性质接近x射线，具有极强穿透力，无直接电离能力,放射性衰变基本规律 衰变常数与衰变公式,每个原子核的衰变是独立的，但是由多个核组成的放射性物质，核衰变却表现出一定的规律： 衰变时间和衰变的原子核数目成正相关 N/t=-N 是比例常数，称为衰变常数decay constant，物理学意义单位时间内核的衰变几率。每种放射性核素都具有固定常数 半衰期t1/2：放射性原子核数因衰变而减少一半所经历的时间 =0.693/T1/2,放射性衰变基本规律,放射线活度：单位时间内放射性原子核衰变的核数，用I表示。（物理量） 放射性比活度：单位化学质量的放射性物质所具有的放射性活度，用S表示。（化学量） 放射性浓度：单位体积的放射性物质所具有的放射性活度，用C表示（液态放射性物质） 放射性活度单位，贝克勒尔（Becquerel，Bq）。1Bq为每秒发生一次核衰变。旧制单位，居里（Ci）。每秒发生3.7*1010次核衰变： 1Ci=3.7*1010Bq37GBq 1mCi=3.7*107Bq=37MBq 1Ci=3.7*104Bq=37kBq,放射量校正,核衰变导致放射性物质随着时间的流逝而逐渐减少，放射性物质在使用时必须校正放射量，及放射性活度。,射线与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用 带单粒子进入物质后，因有自身的库仑电场，电场间的作用产生能量转化。主要的效应有： 激发：带电粒子与外层电子作用，因静电产生加速作用，电子在轨道上发生跃迁，从低能到高能，使原子从基态达到激发态。放射性探测器 电离：因库仑力的静电作用，使的外层电子加速，脱离轨道，成为自由电子。 散射：因库仑力的静电作用，带电粒子改变运动方向和能量 轫致辐射 bremsstrahlung radiation：高速粒子通过原子核附近时，因库仑力的减速，将部分或者全部动能转化为电磁辐射。,轫致辐射 bremsstrahlung radiation,带电粒子的能量越大，产生轫致辐射的几率越大；（32P14C3H） 轫致辐射的产生与物质的Z2成正比； 轫致辐射的产生与带电粒子的m2成反比。,32P 敷贴治疗 32P关节腔注射，真红细胞增多症,契伦科夫辐射Cerenkov radiation： 高能粒子入射折射率较大的透明介质时，若其在该介质中的运动速度vc/n（c为光在真空中的速度，n为介质的折射率），则在粒子经过的径迹上，将沿一定方向发射出近紫外光波长的微弱可见光。 契伦科夫辐射并非介质中运动的粒子（或物体）本身发出的辐射，而是介质中的极化电流发出的。在粒子物理学中契伦科夫辐射是一项非常重要的研究手段。例如Belle 实验的契伦科夫计数器，以及研究微中子震荡的超级神冈探测器，都是目前运作中的实际应用。 湮灭辐射 annihilation radiation： 粒子与物质相互作用而能量耗尽时，将于物质中的自由电子结合，正负电荷抵消，转化为两个方向相反、能量各为0.511MeV的光子。 吸收：带电粒子产生作用后，能量逐渐消耗至全部消失，粒子运行停止，和周围物质发生作用，不复存在。,射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用 光电效应 photoelectric effect：当射线入射物质与其原子核外电子碰撞时，将全部能量传递给该电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚变成自由电子，称为光电子，而射线因失去全部能量而消失。 (电离：带电粒子，因库仑力的静电作用，使的外层电子加速，脱离轨道，成为自由电子。) 光电效应的发生几率与物质原子序数四次方（Z4）成正比；与射线能量三次方（E3）成反比。 低能射线入射高Z物质，光电效应发生几率最大。 光电效应最重要的应用防护,射线与物质相互作用,康普顿效应 compton effect： 高能量射线入射物质，与核外电子（外层轨道）发生非弹性碰撞，一部分能量传递给电子，使成为自由电子（康普顿电子），而射线仍有剩余能量在物质内改变运动方向。,射线与物质的相互作用,电子对效应（电子对生成）： 当大于1.022MeV的射线入射物质后，射线受到原子核的核力场作用转化为一对正负电子，而射线消失，多余的能量作为电子对的动能。 产生的正负电子在物质中发生激发和电离而消耗能量，当正电子能量耗尽时，立即与物质中一个负电子结合，发出能量相等方向相反的一对光子，即正电子湮没辐射。（pet/ct）,射线与物质的相互作用,射线的吸收 由于射线与物质的相互作用产生光电效应、康普顿效应、电子对生成而导致射线能量减弱的现象。 射线与物质作用的三种效应比较,电离辐射防护基本知识,辐射生物效应：电离辐射的能量传递给生物机体后所引起的变化和反应 一，辐射生物效应发生机制 原发作用：1，直接原发作用（电离辐射直接作用生物活性分子，引起损伤）：2，间接原发作用（通过水的原发副产物对生物大分子的作用）。 继发作用：在生物大分子损伤基础上，代谢改变，细胞结构功能破坏，导致组织，器官病变。 二，辐射生物效应分类 根据生物效应后果：1，躯体效应（受照射者本身）；2，遗传效应。 根据症状出现时间：1，急性效应（近期效应）；2，慢性效应（远期效应）。 根据辐射防护角度：1，随机效应；2，确定性效应。,电离辐射防护基本知识,随机效应（stochastic effect): 辐射发生几率与辐射剂量成正比，严重程度与剂量无关，且无阈值的辐射效应。 比如：遗传效应、致癌效应 确定性效应（deterministic effect): 辐射效应发生的严重程度与辐射剂量大小成正比、具有剂量阈值的效应。 比如：皮肤损伤、造血功能障碍、生育能力下降和白内障。,电离辐射防护基本知识,影响辐射生物效应的主要因素 一，与辐射有关的因素 1，射线种类-电离能力 2，吸收剂量与吸收剂量率-单位时间机体接受照射剂量 3，照射条件：照射方式、照射部位、照射范围和分次照射。 二，与机体有关的因素 1，生物种系 2，生物个体 3，组织细胞以及组织细胞