实验核医学（第一章）.ppt

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1、实验核医学与核药学马 骏上海中医药大学核医学实验室实验核医学与核药学绪 论核医学的概念核医学核医学原子核科学技术与医学相结合的边缘学科。实验核医学实验核医学：利用核素及核射 线进行生物医学的理论研究。临床核医学临床核医学：利用核素及核射 线进行诊断和治疗疾病。核药学核药学研究核素标记物（药物）的制备、性质、分析及应用。核医学与核药学的发展密不可分，伴随着核技术的发展而发展。核医学百年历史：18961896BecquerelBecquerel从从UraniumUranium（铀）发现神秘的铀）发现神秘的“射线射线”18971897MarieCurieMarieCurie将神秘的将神秘的“射线射线

2、”称之为称之为RadioactivityRadioactivity1898Marie&PierreCurie1898Marie&PierreCurie发现发现Radium(Radium(镭镭)和和PoloniumPolonium。1899Rutherford1899Rutherford发现铀会发射出和粒子。发现铀会发射出和粒子。19001900VillardVillard发现射线。发现射线。19011901HenriHenriAlexandreAlexandre DanlosDanlos&EugeneBloch&EugeneBloch利用镭来进利用镭来进行皮肤结核病的治疗。行皮肤结核病的治疗。

3、19111911RutherfordRutherford提出提出原子核理论原子核理论原子核理论原子核理论。19131913SoddySoddy提出提出“isotopeisotope”这个名称。这个名称。19231923GeorgdeHevesyGeorgdeHevesy提出提出“tracertracer”的概念。的概念。19241924GeorgdeGeorgdeHevesyHevesy,JAChristiansen&Sven,JAChristiansen&SvenLomboltLombolt 使用使用bismuth-214bismuth-214和和lead-201lead-201进行动物研究

4、。进行动物研究。19251925HerrmanHerrman BlumgartBlumgart&OttoYens&OttoYens使用使用bismuth-214bismuth-214研究研究人体人体arm-to-armarm-to-arm循环时间。循环时间。19281928Geiger&Muller(GM)Geiger&Muller(GM)提出提出测定电离辐射测定电离辐射的方法的方法19321932AndersonAnderson发现发现positronpositron。1932EOLawrence&MSLivingston1932EOLawrence&MSLivingston联台发表论文，开

5、启联台发表论文，开启了了人工制造放射性同位素人工制造放射性同位素人工制造放射性同位素人工制造放射性同位素的一个新的里程碑。的一个新的里程碑。19341934JFJoliot&JCJoliotJFJoliot&JCJoliot描述人造放射活性。描述人造放射活性。EOLawrenceEOLawrence建立第建立第台回旋加速器用来制造人造台回旋加速器用来制造人造放射性同位素。放射性同位素。居里夫妇首次证明可用人工方法制造轻元素的放射性核素。居里夫妇首次证明可用人工方法制造轻元素的放射性核素。EnricoEnricoFermiFermi利用中子产生放射性同位素。利用中子产生放射性同位素。193519

6、35O.O.ChieivitzChieivitz&Georgde&Georgdehevesyhevesy 将标志将标志 phosphatephosphate的的3232P P注入大白鼠中，证明骨骼中的矿物质成分会再补充。注入大白鼠中，证明骨骼中的矿物质成分会再补充。19371937J.G.HamiltonJ.G.Hamilton利用利用Na-24Na-24进行首例人体进行首例人体sodiumtransportsodiumtransport动态生理学动态生理学 19371937R.EvansR.Evans等利用等利用128128I I研究甲状腺生理学。研究甲状腺生理学。19381938J.J.L

7、ivingoodLivingood&G.&G.SeaborgSeaborg 发现发现I-131I-131和和Co-60Co-60。1939Martin1939MartinKamenKamen&SamRuben&SamRuben利用利用C-14C-14当成当成tracetrace来进来进行医学和药物研究。行医学和药物研究。19401940RockefellerRockefeller基金会赞助美国第一台专门用来制造生基金会赞助美国第一台专门用来制造生物医学所需放射性同位素的回旋加速器。物医学所需放射性同位素的回旋加速器。19421942EnricoEnricoFermiFermi在芝加哥大学展示第

8、一个核子反应堆。在芝加哥大学展示第一个核子反应堆。19461946首度将放射性同位素运送到医院（首度将放射性同位素运送到医院（TheBarnardTheBarnardFreeSkinandCancerHospitalinSt.LouisFreeSkinandCancerHospitalinSt.Louis）。）。1946AllenReid&Albert1946AllenReid&AlbertKestonKeston发现发现125125I I（开启后世开启后世RIARIA检查的重要利器之一）。检查的重要利器之一）。19481948HofstadterHofstadter开发用于开发用于Gamma

9、scintillationcounterGammascintillationcounter的的碘化钠晶体碘化钠晶体碘化钠晶体碘化钠晶体。19481948AbbottAbbott实验室开始进行放射性核医药物在人体分布实验室开始进行放射性核医药物在人体分布情形的研究。情形的研究。19491949 固体闪烁计数器出现固体闪烁计数器出现19501950 液体闪烁计数器出现液体闪烁计数器出现19501950AbbottAbbott实验室制造第一个商用放射性核医药物实验室制造第一个商用放射性核医药物131131I-I-humanserumalbumin(RISA)humanserumalbumin(RIS

10、A)。19511951FDAFDA同意将同意将131131I I列入甲状腺病人的使用药物当中。列入甲状腺病人的使用药物当中。这是第一个被这是第一个被FDAFDA核可的核医药核可的核医药19531953RobertNewellRobertNewell提出提出“Nuclear medicineNuclear medicine”这个名称。这个名称。19541954DavidDavidKuhlKuhl发明核医造影机发明核医造影机photorecordingphotorecordingsystem,system,此项此项发明在当时使核仪器超前传统放射线仪器。发明在当时使核仪器超前传统放射线仪器。1955

11、1955 RexHuffRexHuff利用利用131131I I标志人血清蛋白来计算心脏搏出量。标志人血清蛋白来计算心脏搏出量。19561956 GeorgeV.GeorgeV.TaplinTaplin 制造制造131131I-roseI-rosebengalbengal，进行胆道造影进行胆道造影检查。检查。制造制造131131I-I-hippuranhippuran，进行肾脏造影检查。进行肾脏造影检查。19571957 WDTuckerWDTucker等人（等人（BrookhavenNationalLaboratoryBrookhavenNationalLaboratory）制制造出造出13

12、2132I I和和9999mmTcTc发生器，这项伟大的贡献使得核医学的发生器，这项伟大的贡献使得核医学的检查可以在全世界各个角落进行。检查可以在全世界各个角落进行。19581958 H.H.KnippinKnippin利用利用Xe-133Xe-133进行肺部通气检查。进行肺部通气检查。19581958 HalAngerHalAnger发明闪烁摄影机，使核医扫描由静态步入动发明闪烁摄影机，使核医扫描由静态步入动态检查。态检查。19591959SolomonSolomonBersonBerson&RiosalynRiosalyn YallowYallow发明利用发明利用RIARIA的方法来的方法

13、来测定血清中胰岛素值。测定血清中胰岛素值。19591959PickerX-RayPickerX-Ray发展第一个发展第一个3 3英寸直线扫描机。英寸直线扫描机。DavidDavid1962Kuhl1962Kuhl首先提出首先提出emissionreconstructiontomographyemissionreconstructiontomography（该法日后充分的运用在该法日后充分的运用在SPECTSPECT、PETPET甚至甚至CTCT上）上）19631963GeorgeV.GeorgeV.TaplinTaplin发展放射性同位素标志白蛋白发展放射性同位素标志白蛋白albuminalb

14、uminaggregatesaggregates观察网状内皮系统所进行的吞噬作用。观察网状内皮系统所进行的吞噬作用。19631963 Henry.Henry.WagetWagetJr.Jr.发展放射性同位素标志白蛋进行肺灌发展放射性同位素标志白蛋进行肺灌注扫描，籍以诊断肺栓塞。注扫描，籍以诊断肺栓塞。B.B.AnseilAnseil&BMCook&BMCook利用放射性同位素标志利用放射性同位素标志colloidcolloid进行进行radiationradiationsynovectomysynovectomy。FDAFDA核医顾问公司贩售第一个商用核医顾问公司贩售第一个商用Tc-99mTc

15、-99m发生器。发生器。19641964 PaulHarper&KatherineLathrupPaulHarper&KatherineLathrup发展发展Tc-99cmTc-99cm标志特标志特定物质进行脑、甲状腺和肝扫描。定物质进行脑、甲状腺和肝扫描。19641964AmershamAmersham 发展发展第一个第一个第一个第一个RIA kitRIA kit(125125I-insulinkit)I-insulinkit)商品。商品。19701970FDAFDA宣布将逐年辅导核医药物进入宣布将逐年辅导核医药物进入FDAFDA的审查程序，的审查程序，其过程将与目前市面上的一般药物无异其过

16、程将与目前市面上的一般药物无异19711971成立成立 theAmericanBoardofnuclearMedicinetheAmericanBoardofnuclearMedicine。1971Americanmedical1971AmericanmedicalAssocciationAssocciation 正式将正式将核医学列入专科核医学列入专科核医学列入专科核医学列入专科之之一。一。19721972DavidDavidKuhlKuhl 第一个利用定量方法来计算人脑血流量。第一个利用定量方法来计算人脑血流量。19731973TheJournalofNuclearmedicineTech

17、nologyTheJournalofNuclearmedicineTechnology创刊。创刊。19761976JohnKeyesJohnKeyes发表第一台多用途单头发表第一台多用途单头SPECTSPECT显像机。显像机。19761976ronaldronald JaszezakJaszezak 发表第一台单头发表第一台单头SPECTSPECT专用显像机。专用显像机。19771977开始开始theNuclearMedicineTechnologyCertificationBoardtheNuclearMedicineTechnologyCertificationBoard。1977FDA1

18、977FDA宣布任何核子医学药物无论使用或是新药使用途宣布任何核子医学药物无论使用或是新药使用途径，与目前市面上的一般药物无异都要经过径，与目前市面上的一般药物无异都要经过FDAFDA的认证的认证通过才可以使用。通过才可以使用。19801980开始开始计算机技术广泛使用计算机技术广泛使用计算机技术广泛使用计算机技术广泛使用在核医学与核药学各个领域。在核医学与核药学各个领域。核医学主要技术标记技术标记技术示踪技术示踪技术测量技术测量技术核医学工作者的任务吸取核技术的精华，应用于医药学中，发展本学科。推广本学科的应用，最终推动医学现代化的进程。实验核医学与核药学第一章 核射线及其与物质的相互作用第

19、一节 放射性核素一、基本概念一、基本概念1.1.原子核由原子核由质子质子和和中子中子组成。组成。2.2.原子核能级：核子运动状态不同原子核能级：核子运动状态不同原子核不同原子核不同能量状态基态能量状态基态 、激发态、激发态3.3.核素核素核素核素凡原子核内凡原子核内质子数质子数质子数质子数、中子数中子数中子数中子数和和能量状态能量状态能量状态能量状态均均相同相同相同相同的一类原子，称为一种核素。的一类原子，称为一种核素。A A原子质量数（质子数、中子数）原子质量数（质子数、中子数）Z Z原子序数（质子数），可省略原子序数（质子数），可省略4.4.元素凡核内质子数相同的一类原子元素凡核内质子数相

20、同的一类原子。5.5.同位素同位素同位素同位素质子数相同，中子数不同的一类核素。质子数相同，中子数不同的一类核素。6.6.同中子异核素同中子异核素中子数相同而质子数不同的核素中子数相同而质子数不同的核素 。7.7.同量异位素质量数相同而质子数不同的核素同量异位素质量数相同而质子数不同的核素 。8.8.稳定性核素与放射性核素：半衰期稳定性核素与放射性核素：半衰期10109 9年为界；年为界；20002000多种核素，稳定性核素约多种核素，稳定性核素约280280多种；多种；放射性核素中放射性核素中只有只有6060多中寿命很长的天然放射性核素，其余均为多中寿命很长的天然放射性核素，其余均为人工放射

21、性核素。人工放射性核素。9.9.核衰变核衰变核衰变核衰变一种核素一种核素自发自发地发生地发生核内成分或能态的改核内成分或能态的改变变而转变为而转变为另一种核素另一种核素，同时，同时释放释放出一种或一种以出一种或一种以上的上的射线射线，这种变化，这种变化过程过程称为放射性核衰变。称为放射性核衰变。核衰变的发生与核衰变的发生与中质比中质比有关。有关。10.10.质量亏损原子核的质量总是小于组成它的核子的质质量亏损原子核的质量总是小于组成它的核子的质量之和，这一差值称为原子核的质量亏损。量之和，这一差值称为原子核的质量亏损。11.11.衰变能核衰变中的质量亏损按质能联系定律衰变能核衰变中的质量亏损按

22、质能联系定律（E=mcE=mc2 2）转变为能量，称为衰变能。衰变能是放射转变为能量，称为衰变能。衰变能是放射性核素所产生的核射线的能量来源。性核素所产生的核射线的能量来源。12.12.衰变能的去向：衰变能的去向：为为、-、+衰衰变时发变时发射的射的、-、+粒子提供粒子提供动动能；能；为为ECEC衰变时吸引核外电子进入核内提供能量，间接为衰变时吸引核外电子进入核内提供能量，间接为X X射线和俄歇电子提供动能；射线和俄歇电子提供动能；为为+衰衰变时变时一个一个电电子使子使质质子子转转化成中子提供能量；化成中子提供能量；提供能量使衰变的核处于激发态，是提供能量使衰变的核处于激发态，是 跃迁的前提。

23、跃迁的前提。第二节 核衰变方式至今，人们已发现的放射性核衰变模式有：至今，人们已发现的放射性核衰变模式有：衰变：放出带两个正电荷的氦核。衰变：放出带两个正电荷的氦核。衰变：包括衰变：包括-、+变和电子俘获（变和电子俘获（ECEC）。）。-衰变：放出电子，同时放出反中微子；衰变：放出电子，同时放出反中微子；+衰变：放出正电子，同时放出中微子；衰变：放出正电子，同时放出中微子；ECEC：原子俘获一个核外电子。原子俘获一个核外电子。衰变（即衰变（即 跃迁）与内转换（跃迁）与内转换（ICIC）属同一类型。属同一类型。跃迁：放出波长很短的（往往小于跃迁：放出波长很短的（往往小于0.10.1）电磁辐射；电

24、磁辐射；ICIC：原子核把激发能直接交给核外电子，使电子离原子核把激发能直接交给核外电子，使电子离开原子。开原子。自发裂变（自发裂变（SFSF）：）：原子核自发裂变为两个或几个原子核自发裂变为两个或几个质量相近的原子核。质量相近的原子核。几种罕见的衰变模式：几种罕见的衰变模式：P P放射性：放出质子；放射性：放出质子；重粒子放射性：放出重粒子放射性：放出1414C C，2424NeNe，24,2824,28MgMg核等；核等；延迟质子发射：延迟质子发射：衰变后放出质子；衰变后放出质子；延迟中子发射：延迟中子发射：衰变后放出中子；衰变后放出中子；双双-衰变：同时放出两个电子和两个反微中子衰变：同

25、时放出两个电子和两个反微中子 核医学中常见的核衰变是核医学中常见的核衰变是、-、+衰衰变变，及，及常伴随常伴随这这四种衰四种衰变变出出现现的的 跃迁跃迁跃迁跃迁。一、衰变原子核自发发射原子核自发发射 粒子而转变为另一种核素的过程。粒子而转变为另一种核素的过程。主要发生在一些重核核素（主要发生在一些重核核素（Z82Z82）。）。其衰变结果：原子序数减少其衰变结果：原子序数减少2 2，质量数减少，质量数减少4 4。如：如：二、-衰变放射性核素自发地从核内向外发射放射性核素自发地从核内向外发射-粒子的衰变。粒子的衰变。主要发生于中子数相对过多的放射性核素（富中子主要发生于中子数相对过多的放射性核素（

26、富中子核素）。核内一个中子转变为一个质子和一个电子，同核素）。核内一个中子转变为一个质子和一个电子，同时产生一个反中微子。时产生一个反中微子。衰变能以动能的形式分配给三个生成物子核、衰变能以动能的形式分配给三个生成物子核、-粒子和反中微子。粒子和反中微子。其衰变结果：原子序数增加其衰变结果：原子序数增加1 1，质量数不变。，质量数不变。-粒子的动能是从零到最大值的一个连续能谱。粒子的动能是从零到最大值的一个连续能谱。一般所说的一般所说的-射线能量指的是最大值，计算时往往射线能量指的是最大值，计算时往往用平均能量。用平均能量。三、+衰变放射性核素自发地从核内向外发射放射性核素自发地从核内向外发射

27、+粒子的衰变。粒子的衰变。+衰变的核素都是人工放射性核素，发生于中子数衰变的核素都是人工放射性核素，发生于中子数相对过少的放射性核素（贫中子核素）。相对过少的放射性核素（贫中子核素）。核内的一个质子发射一个中微子和一个正电子，并核内的一个质子发射一个中微子和一个正电子，并转化为一个中子。转化为一个中子。其衰变能随机分配到其衰变能随机分配到+粒子和中微子间，其能谱也粒子和中微子间，其能谱也是连续能谱。是连续能谱。其衰变结果：原子序数减少其衰变结果：原子序数减少1 1，质量数不变。，质量数不变。四、电子俘获衰变（EC）从核外壳层中俘获一个电子使之与核内的一个质从核外壳层中俘获一个电子使之与核内的一

28、个质子反应形成中子，同时放出中微子的过程。子反应形成中子，同时放出中微子的过程。其发生在贫中子核素。对于原子序数小的放射性其发生在贫中子核素。对于原子序数小的放射性核素，核素，+衰变的发生几率占绝对优势；对于原子序数衰变的发生几率占绝对优势；对于原子序数大的，大的，ECEC占绝对优势；而中等范围原子序数，各以一占绝对优势；而中等范围原子序数，各以一定的几率发生。定的几率发生。其衰变特点是形成其衰变特点是形成标识标识X X射线射线和和俄歇电子俄歇电子。其衰变结果：原子序数减少其衰变结果：原子序数减少1 1，质量数不变，主要，质量数不变，主要射线来自核外，能量来自核内。射线来自核外，能量来自核内。

29、五、跃迁处于激发态的原子核是不稳定的，它要向低激发处于激发态的原子核是不稳定的，它要向低激发态跃迁，其能量以态跃迁，其能量以 射线的形式放出，这种现象称为射线的形式放出，这种现象称为 跃迁跃迁 ；有时其能量不以；有时其能量不以 射线的形式放出，而是交给射线的形式放出，而是交给核外电子，使之有足够的动能发射出去，这一过程称核外电子，使之有足够的动能发射出去，这一过程称为内转换。统称为为内转换。统称为 跃迁跃迁 。跃迁不是一种独立的衰变，而是伴随其它四种跃迁不是一种独立的衰变，而是伴随其它四种衰变出现的。衰变出现的。同质异能素：核内中子和质子数完全相同，而能同质异能素：核内中子和质子数完全相同，而

30、能态不同的核素。它们之间的转变过程常称为同质异能态不同的核素。它们之间的转变过程常称为同质异能跃迁。跃迁。同质异能素同质异能素113113mmInIn在在113113SnSn衰变成衰变成113113InIn过程中的中间地位过程中的中间地位64Cu发生多种衰变纲图第三节 放射性衰变的基本规律一、指数衰变规律一、指数衰变规律N N0 0：原子核的初始数目原子核的初始数目N Nt t：经过经过t t时间后的原子核数目时间后的原子核数目：衰变常数单位时间内原子核发生衰变的几率；衰变常数单位时间内原子核发生衰变的几率；是放射性核素的特征性参数，不同的放射性核素是放射性核素的特征性参数，不同的放射性核素有

31、不同的有不同的值，其单位是值，其单位是1/1/秒、秒、1/1/分、分、1/1/天、天、1/1/年等。年等。二、半衰期和平均寿命1.1.物理半衰期物理半衰期半衰期半衰期：放射性核素衰变其原有核素一半所需时间，：放射性核素衰变其原有核素一半所需时间，用用T T1/21/2表示。表示。其单位是：秒、分、小时、天、年等。其单位是：秒、分、小时、天、年等。2.2.有效半衰期有效半衰期 放射性核素进入生物体内，除了核素本身的物放射性核素进入生物体内，除了核素本身的物理衰变而减少外，还由于生物体的代谢、排泄而减理衰变而减少外，还由于生物体的代谢、排泄而减少。少。有效衰变常数有效衰变常数E Eb b（代谢排泄

32、衰变常数）代谢排泄衰变常数）3.平均寿命对某种确定的放射性核素，其中有些核素早变，对某种确定的放射性核素，其中有些核素早变，有些晚变，寿命不一样。有些晚变，寿命不一样。若在若在t=tt=t0 0时，放射性核素的数目为时，放射性核素的数目为N N0 0，经过经过t t时，核素的数目变为时，核素的数目变为因此，在因此，在tt+tt+dtdt这段很短时间内，发生衰变的原这段很短时间内，发生衰变的原子核数为子核数为-dNdN=NdtNdt，这些核的寿命为这些核的寿命为t t，它们的总寿它们的总寿命为命为 NtdtNtdt，则所有核素的总寿命为则所有核素的总寿命为于是，任一核素的平均寿命为于是，任一核素

33、的平均寿命为因此，平均寿命为衰变常数的倒数；它比半衰期因此，平均寿命为衰变常数的倒数；它比半衰期长一点，是长一点，是T T1/21/2的的1.441.44倍。倍。设设t=t=，代入代入N=NN=N0 0e e-t-t，即得即得N=N0eN=N0e-1-137%N37%N0 0。可见放射性核素得平均寿命表示：经过这段时间可见放射性核素得平均寿命表示：经过这段时间（）以后，剩下的核素数目约为原来得以后，剩下的核素数目约为原来得37%37%。衰变常数衰变常数、半衰期半衰期T T1/21/2和平均寿命和平均寿命 都可以作为放都可以作为放射性核素的特征量。每一个放射性核素都有它特有的射性核素的特征量。每

34、一个放射性核素都有它特有的（或或T T1/21/2，或或），），没有两个核的没有两个核的（或或T T1/21/2，或或）是是一样的，因此，一样的，因此，（或或T T1/21/2，或或）是放射性核素的是放射性核素的“手手印印”。三、放射性活度及其单位衡量放射性样品放射性强弱的指标。衡量放射性样品放射性强弱的指标。放射性活度放射性活度：单位时间内发生衰变的次数，用：单位时间内发生衰变的次数，用A A表示。表示。国际单位：国际单位：贝克勒（贝克勒（BqBq）派生单位：派生单位：kBqkBq、MBqMBq、GBqGBq、TBqTBq1Bq1Bq：放射性核素在放射性核素在1 1秒内发生秒内发生1 1次核

35、衰变次核衰变。常用旧单位：居里（常用旧单位：居里（CiCi），），mCimCi、CiCi1Ci=3.7101Ci=3.7101010BqBq=37GBq=37GBq1 1 CiCi=3.710=3.7104 4BqBq1Bq=2.703101Bq=2.70310-11-11BqBq在实际使用及仪器测量所得数据中还使用的单位在实际使用及仪器测量所得数据中还使用的单位有：有：cpmcpm、cpscps、dpmdpm、dpsdpscpmcpm：样品通过仪器测量得出的每分钟计数率；样品通过仪器测量得出的每分钟计数率；cpscps：样品通过仪器测量得出的每秒计数率；样品通过仪器测量得出的每秒计数率；dp

36、mdpm：样品实际的每分钟衰变率；样品实际的每分钟衰变率；dpsdps：样品实际的每秒衰变率；样品实际的每秒衰变率；cpmcpm与与dpmdpm的关系由仪器的测量效率的关系由仪器的测量效率()得出：得出：1 1dps=1Bqdps=1Bq1 1 CiCi=2.2210=2.22106 6dpmdpm按衰变规律，单位时间放射性核素衰变次数必然按衰变规律，单位时间放射性核素衰变次数必然等于当时放射性核素的总数乘以衰变常数等于当时放射性核素的总数乘以衰变常数。所以所以A A0 0N N0 0，则则A At tN Nt t四、放射性比活度比活度比活度比活度比活度，又称比放射性（，又称比放射性（spec

37、ificactivityspecificactivity），），是指是指单位质量放射性物质的放射性活度。单位质量放射性物质的放射性活度。其单位可用其单位可用Bq(MBqBq(MBq、GBqGBq、TBq)/g(mgTBq)/g(mg、molmol、mmolmmol)表示，或表示，或CiCi（mCimCi、CiCi）/g(mgg(mg、molmol、mmolmmol)表示。表示。鉴定放射性核素标记化合物质量的重要指标。鉴定放射性核素标记化合物质量的重要指标。实验所不可缺少的重要参数。实验所不可缺少的重要参数。反映了规定化学形式的物质中放射性核素在其所反映了规定化学形式的物质中放射性核素在其所属元

38、素的全部原子中所占比例的大小。属元素的全部原子中所占比例的大小。理论比活度是指在规定形式的放射性物质中，给理论比活度是指在规定形式的放射性物质中，给定标记要求时，该放射性物质理论上所能达到的最大定标记要求时，该放射性物质理论上所能达到的最大比活度。比活度。例如核反应产生的例如核反应产生的3232P P（T T1/21/2=14.28d=14.28d，原子量原子量Aw=32Aw=32），），由公式由公式A=NA=N可算出每可算出每molmol的放射性活度为的放射性活度为其中为其中为6.022106.022102323阿伏伽德罗常数，表示为阿伏伽德罗常数，表示为1 1molmol的的物质含物质含6

39、.022106.022102323个原子。即个原子。即3232P P的理论比活度为的理论比活度为3.38103.38105 5TBq/molTBq/mol，或或1.06101.06104 4TBq/gTBq/g。五、级联衰变在天然的放射性核素衰变过程中，当衰变后的子在天然的放射性核素衰变过程中，当衰变后的子体核素也为放射性核素时，子体核素也会继续衰变，直体核素也为放射性核素时，子体核素也会继续衰变，直至变成稳定核素，称为连续衰变，即级联衰变。常在临至变成稳定核素，称为连续衰变，即级联衰变。常在临床上使用。床上使用。在地壳中存在一些重要的放射系，每个系都由一在地壳中存在一些重要的放射系，每个系都

40、由一个半衰期最长的核素开始（和地球年龄个半衰期最长的核素开始（和地球年龄4.5104.5109 9a a相近或相近或更长），经过一系列的放射性衰变，最后到达一个稳定更长），经过一系列的放射性衰变，最后到达一个稳定的核素。这些衰变中大部分是的核素。这些衰变中大部分是 衰变，很少一部分是衰变，很少一部分是 衰变，没有一个经过衰变，没有一个经过+或或ECEC衰变，且一般都伴随衰变，且一般都伴随 射线射线的发射。的发射。如钍系，从如钍系，从经经1010次级联衰变到稳定核素次级联衰变到稳定核素最长的母体半衰期为最长的母体半衰期为1.41101.41101010a a。铀系，从铀铀系，从铀开始经开始经14

41、14次级联衰变到稳定核素次级联衰变到稳定核素，母体半衰期为，母体半衰期为4.468104.468109 9a a等。等。以简单的级联衰变为例：以简单的级联衰变为例：ABCABC，核素核素B B的核的核数在单位时间内的变化就是数在单位时间内的变化就是dNdNB B/dtdt=A AN NA0A0-B BN NB B 若子核半衰期远小于母核的半衰期，即若子核半衰期远小于母核的半衰期，即 A ATTB B，则可简化为则可简化为 即子体与母体的放射性强度相等，处于平衡状态，即子体与母体的放射性强度相等，处于平衡状态，单位时间内衰变掉的核素数目等于它从母核的衰变中单位时间内衰变掉的核素数目等于它从母核的

42、衰变中补充得到的核数，这种平衡称为补充得到的核数，这种平衡称为久期平衡久期平衡。第四节 射线与物质的相互作用一、一、重带电粒子与物质的相互作用快速运动质子、快速运动质子、粒子粒子 靶物质，发生非弹性碰靶物质，发生非弹性碰撞，将能量转移给电子，导致原子的电离和激发。撞，将能量转移给电子，导致原子的电离和激发。转移的能量比其本身小许多，可以认为碰撞后入转移的能量比其本身小许多，可以认为碰撞后入射粒子仍沿原来的方向作直线运动。射粒子仍沿原来的方向作直线运动。重带电粒子在物质中运动时，由于本身质量较大，重带电粒子在物质中运动时，由于本身质量较大，电荷较多，所以进行速率较慢，导致射程短不断损失电荷较多，

43、所以进行速率较慢，导致射程短不断损失能量，待能量耗尽，一般停留在物质中，俘获周围能量，待能量耗尽，一般停留在物质中，俘获周围2 2个自由电子，形成氦原子。个自由电子，形成氦原子。3 3MeVMeV的的 粒子在空气中的射程为粒子在空气中的射程为1616mmmm，在生物在生物软组织中仅为软组织中仅为0.020.02mmmm。二、射线与物质的相互作用 射线（包括负电子和正电子）是轻带电粒子，射线（包括负电子和正电子）是轻带电粒子，质量小，能量损失情况和运动轨迹与重带电粒子相比质量小，能量损失情况和运动轨迹与重带电粒子相比很不一样。很不一样。与靶物质的作用与靶物质的作用电离能量损失电离能量损失、辐射能

44、量损失辐射能量损失及被靶物质中的电子和原子核所及被靶物质中的电子和原子核所散射散射。（一）电子的能量损失1.电离损失：电离带电粒子通过物质时与物质中原子的电电离带电粒子通过物质时与物质中原子的电子相互作用，使电子获得足够能量脱离原子，成为子相互作用，使电子获得足够能量脱离原子，成为带负电荷的自由电子，并与失去电子的原子组成离带负电荷的自由电子，并与失去电子的原子组成离子对的过程。子对的过程。激发核外电子所获射线动能不足以使之成为激发核外电子所获射线动能不足以使之成为自由电子，只是从内层跃迁到外层，从低能层跃迁自由电子，只是从内层跃迁到外层，从低能层跃迁到高能层的现象。到高能层的现象。是射线探测

45、器测量射线的物质基础。是射线探测器测量射线的物质基础。也是射线引起生物效应的主要机制。也是射线引起生物效应的主要机制。在干燥空气中，电子每产生一个离子对需要的在干燥空气中，电子每产生一个离子对需要的平均能量为平均能量为33.8533.85eVeV。常用电离密度来表示射线电离作用的强弱。电常用电离密度来表示射线电离作用的强弱。电离密度越大，电离能力愈强。离密度越大，电离能力愈强。电离密度单位路径上形成的离子对数目。与电离密度单位路径上形成的离子对数目。与带电粒子所带电荷、入射速度和所通过物质的密度带电粒子所带电荷、入射速度和所通过物质的密度有关。有关。另一个反映带电粒子电离能力强弱的物理量是另一

46、个反映带电粒子电离能力强弱的物理量是传能线密度，亦称线能量传递（传能线密度，亦称线能量传递（liner energy liner energy transfertransfer，LETLET）。）。传能线密度带电粒子穿过物质时，在其单位传能线密度带电粒子穿过物质时，在其单位长度径迹上，能量转移小于某一特定值的历次碰撞长度径迹上，能量转移小于某一特定值的历次碰撞时所损失的能量。电离损失率与原子序数成正比。时所损失的能量。电离损失率与原子序数成正比。2.2.辐射损失发射电磁波（光子）辐射损失发射电磁波（光子）1 1）轫致辐射当电子经过原子核附近时受库仑场）轫致辐射当电子经过原子核附近时受库仑场的作

47、用减速，会辐射电磁波（的作用减速，会辐射电磁波（X X射线）。射线）。辐射损失率与原子序数成正比，表明电子打到重辐射损失率与原子序数成正比，表明电子打到重元素中，容易发生轫致辐射。元素中，容易发生轫致辐射。这一特性对选择合适的这一特性对选择合适的材料来阻挡材料来阻挡 粒子很重要粒子很重要。从电离损失考虑，采用高原子序数来阻挡从电离损失考虑，采用高原子序数来阻挡 粒子较粒子较好，然而这会产生很强的轫致辐射，反而起不到防护好，然而这会产生很强的轫致辐射，反而起不到防护作用，所以应采用低原子序数元素防护作用，所以应采用低原子序数元素防护 粒子。粒子。例如，例如，2 2MeVMeV的电子，它的辐射损失

48、占总能量损失的电子，它的辐射损失占总能量损失的比例，在有机玻璃中只占的比例，在有机玻璃中只占0.7%0.7%，而在铅中超过，而在铅中超过20%20%。辐射损失率与与粒子能量成正比。这点与电离损辐射损失率与与粒子能量成正比。这点与电离损失是不同的，所以当电子能量低时，电离损失占优势；失是不同的，所以当电子能量低时，电离损失占优势；如果能量高时，辐射损失就变得重要了。如果能量高时，辐射损失就变得重要了。2 2）契伦科夫辐射：）契伦科夫辐射：快电子在穿过透明介质时，还存在另一种微弱快电子在穿过透明介质时，还存在另一种微弱得辐射效应：当电子在介质中运动速度超过电磁波在得辐射效应：当电子在介质中运动速度

49、超过电磁波在介质中的传播速度时，会在某一特定方向发射出电磁介质中的传播速度时，会在某一特定方向发射出电磁波，称为契伦科夫辐射，又称超光速电子辐射。波，称为契伦科夫辐射，又称超光速电子辐射。契伦科夫辐射为连续谱的可见光，辐射强度与契伦科夫辐射为连续谱的可见光，辐射强度与带电粒子静止质量无关，而取决于粒子的电荷、速度带电粒子静止质量无关，而取决于粒子的电荷、速度及介质的折射率。及介质的折射率。当电子的速率和光速的比值与折射率的乘积大当电子的速率和光速的比值与折射率的乘积大于于1 1时，才会产生契伦科夫辐射，乘积约大，辐射越时，才会产生契伦科夫辐射，乘积约大，辐射越多。多。生物医学中常用契伦科夫辐射

50、测量中、高能生物医学中常用契伦科夫辐射测量中、高能-射射线（如线（如3232P P）。）。（二）、（二）、射程射程 由于由于 谱是连续的，没有相应的电子射程，但仍谱是连续的，没有相应的电子射程，但仍可使用与可使用与 射线能谱中的最大能量射线能谱中的最大能量E Emm 所对应的射程所对应的射程R Rmm。射线在物质中所通过的距离射线在物质中所通过的距离与物质的密度与物质的密度有关，有关，如将物质的密度与如将物质的密度与 射线在该物质所通过的距离相乘，射线在该物质所通过的距离相乘，则同一射线在不同密度物质中的乘积基本相同，这则同一射线在不同密度物质中的乘积基本相同，这就使得就使得R Rmm与所通过