1、实验核医学与核药学Experimental nuclear medicine and Nuclear pharmacy 第1页，共49页。绪绪 论论一、定义与内容一、定义与内容 (一一)核医学定义：核医学定义：研究核技术在医学上的应用及其理论的科学称之。研究核技术在医学上的应用及其理论的科学称之。(二二)核医学的内容：核医学的内容：包括实验核医学包括实验核医学(基础核医学基础核医学)、临床核医学与核药学三部分、临床核医学与核药学三部分 (三三)实验核医学的定义：实验核医学的定义：研究核技术在生物医学领域的实验应用及其理论的科学研究核技术在生物医学领域的实验应用及其理论的科学(或在或在 实验医学
2、中应用核技术的科学就叫实验核医学实验医学中应用核技术的科学就叫实验核医学)。(四四)核药学的定义：核药学的定义：研究核素标记药物的制备、理化特性及其在人体内的生理、病理研究核素标记药物的制备、理化特性及其在人体内的生理、病理过程，为实验和临床核医学提供各种诊断和治疗的放射性药物或稳过程，为实验和临床核医学提供各种诊断和治疗的放射性药物或稳定核素标记化合物称之。定核素标记化合物称之。第2页，共49页。核医学的内容核医学的内容实验核医学（基础核医学）实验核医学（基础核医学）1.1.核电子学核电子学 2.2.标记化合物标记化合物 3.3.示踪技术示踪技术 4.4.电离辐射生物效应与放射卫生防护电离辐
3、射生物效应与放射卫生防护 临床核医学临床核医学 1.1.诊断诊断 2.2.治疗治疗 第3页，共49页。二、实验核医学的特点二、实验核医学的特点 (一一)兼容性好；兼容性好；(二二)方法学多；方法学多；(三三)应用面广；应用面广；(四四)探索度深；探索度深；(五五)综合性强。综合性强。第4页，共49页。三、发展与动向三、发展与动向 实验核医学与核药学是一门新兴学科，与其他学科一样，实验核医学与核药学是一门新兴学科，与其他学科一样，有其自身的发生和发展历史。有其自身的发生和发展历史。18961896年，贝可勒尔发现天然放射年，贝可勒尔发现天然放射性铀，性铀，18981898年，居里夫人发现天然放射
4、性镭年，居里夫人发现天然放射性镭(RaRa226226)，此后在很此后在很短时间内，核物理学家和放射化学家很快陆续发现了大量的天然短时间内，核物理学家和放射化学家很快陆续发现了大量的天然放射性核素，直到放射性核素，直到19341934年小居里夫妇首次证明用天然的年小居里夫妇首次证明用天然的粒子粒子轰击轻元素轰击轻元素(铝箔铝箔)产生人工放射性核素，产生人工放射性核素，19421942年核反应堆年核反应堆的诞生以及后来加速器的问世，解决了人工放射性核素的的诞生以及后来加速器的问世，解决了人工放射性核素的大量生产，还有核仪器的研制与应用，从而使人类逐渐认大量生产，还有核仪器的研制与应用，从而使人类
5、逐渐认识和应用放射性核素及核技术，具体表现在以下几个方面：识和应用放射性核素及核技术，具体表现在以下几个方面：第5页，共49页。(一一)示踪技术的发展：示踪技术的发展：著名核医学家著名核医学家WagnerWagner教授认为教授认为“核医学是将示踪原理应用于临床医学及生物医核医学是将示踪原理应用于临床医学及生物医学研究的一门分支学科学研究的一门分支学科”。由此看来，示踪技术在核医学中所占的地位多么重要。由此看来，示踪技术在核医学中所占的地位多么重要。实验核医学与核药学的先驱者实验核医学与核药学的先驱者HevesyHevesy早在早在19231923年就开始了示踪实验。年就开始了示踪实验。303
6、0年代初期到年代初期到4040年代中期是用稳定核素开展大量示踪研究的活跃时期。在这年代中期是用稳定核素开展大量示踪研究的活跃时期。在这1515年时间内，大量研究工作年时间内，大量研究工作者把医学理论研究从静态观察为主推向动态观察为主，使人们对生命现象的认识明显地者把医学理论研究从静态观察为主推向动态观察为主，使人们对生命现象的认识明显地前进了一大步。在示踪研究中，一开始使用天然放射性核素，然后用稳定性核素，最后前进了一大步。在示踪研究中，一开始使用天然放射性核素，然后用稳定性核素，最后用人工放射性核素。由于用人工放射性核素。由于HevesyHevesy的划时代贡献，的划时代贡献，1943194
7、3年，他获得了诺贝尔奖。现年，他获得了诺贝尔奖。现在示踪技术越来越引起医学界的重视和广泛应用，几乎渗透到所有医学基础学在示踪技术越来越引起医学界的重视和广泛应用，几乎渗透到所有医学基础学科及临床学科。目前示踪技术已发现到科及临床学科。目前示踪技术已发现到从体内到体外，从整体到局部，从组织从体内到体外，从整体到局部，从组织到细胞，从细胞到分子，从定性到定量再到定位，从静态到动态，从平面到断到细胞，从细胞到分子，从定性到定量再到定位，从静态到动态，从平面到断层层等，这些都反应了示踪技术的重要性。可以这样说，在实验核医学中，凡是重要等，这些都反应了示踪技术的重要性。可以这样说，在实验核医学中，凡是重
8、要的研究成果都离不开示踪技术。的研究成果都离不开示踪技术。第6页，共49页。(二二)核医学实验仪器的发展：核医学实验仪器的发展：如多功能的如多功能的能谱仪，匹配计算机的能谱仪，匹配计算机的放射免疫测量仪，由放射免疫测量仪，由5050管到管到200200管或更多管，自动测量、自动换样、自动数据处理，管或更多管，自动测量、自动换样、自动数据处理，打出标准曲线及结果。又如液体闪烁测量仪能测能量较低的打出标准曲线及结果。又如液体闪烁测量仪能测能量较低的软软射线射线(3 3H H、1414C)C)，匹配计算机，也是会自动的，使用方便、科匹配计算机，也是会自动的，使用方便、科学。还如核磁共振仪学。还如核磁
9、共振仪(NMR)NMR)、活化分析仪、化学发光仪等都是活化分析仪、化学发光仪等都是核医学实验中使用的现代化仪器，这些仪器在国外比较普及，核医学实验中使用的现代化仪器，这些仪器在国外比较普及，国内一些大中型医院或实验室也已应用。国内一些大中型医院或实验室也已应用。第7页，共49页。(三三)标记化合物及放射性药物的发展：标记化合物及放射性药物的发展：核医学实验，标记化合物及放射性药物或放射性试剂是重核医学实验，标记化合物及放射性药物或放射性试剂是重要的先决条件之一，它们的制备已经向深度和广度发展，深度要的先决条件之一，它们的制备已经向深度和广度发展，深度就是质量，广度就是种类和数量。这主要是标记技
10、术的提高。就是质量，广度就是种类和数量。这主要是标记技术的提高。近年来由于这方面专家的努力，在一些活性物质及细胞方面的近年来由于这方面专家的努力，在一些活性物质及细胞方面的标记获得了重大进展和成功，如：标记获得了重大进展和成功，如：WBCWBC、RBCRBC、BPCBPC及单克隆抗及单克隆抗体等的标记。体等的标记。第8页，共49页。(四四)人才培养及技术力量的组织：人才培养及技术力量的组织：鉴于核医学是一门多学科的综合性专业，它与物理、化学、数学、生鉴于核医学是一门多学科的综合性专业，它与物理、化学、数学、生物学、生理、生化、病理、微生物、免疫、药理等基础学科的关系比物学、生理、生化、病理、微
11、生物、免疫、药理等基础学科的关系比任何任何医学专业医学专业都更密切。因而国外各类专家都把核医学作为大显伸手的领域。所以国外一都更密切。因而国外各类专家都把核医学作为大显伸手的领域。所以国外一些高水平的实验室能够做出创造性的工作，主要是他们把医学、生物、数学、物理、化些高水平的实验室能够做出创造性的工作，主要是他们把医学、生物、数学、物理、化学等各方面知识综合于核医学，上述人员共同研究、共同攻关，设备昂贵的仪器由政府学等各方面知识综合于核医学，上述人员共同研究、共同攻关，设备昂贵的仪器由政府资助，各个研究项目，首先考虑是应用核医学技术。资助，各个研究项目，首先考虑是应用核医学技术。(五五)我国实
12、验核医学情况我国实验核医学情况 第9页，共49页。四、学习要求四、学习要求 第10页，共49页。第一章第一章 核射线及其与物质的相互作用核射线及其与物质的相互作用第11页，共49页。（一）核外电子（一）核外电子 （一）中性原子（一）中性原子 （二）核外电子的运（二）核外电子的运 转轨道转轨道 （三）核外电子的能级（三）核外电子的能级第12页，共49页。二、二、原子核原子核（一）核能态（一）核能态 1 1、定态：电子在轨道上运行既不放出不吸收能量的、定态：电子在轨道上运行既不放出不吸收能量的状态；状态；2 2、基态：能量最低的定态称之；、基态：能量最低的定态称之；3 3、激发态：能量最高的定态称
13、之。、激发态：能量最高的定态称之。第13页，共49页。（二）几个概念（二）几个概念1 1、核素核素 凡原子核内质子数凡原子核内质子数.中子数和能量状态均相同中子数和能量状态均相同 的一类原子，统称为核素。的一类原子，统称为核素。2 2、同位素同位素 凡核内质子数相同凡核内质子数相同(原子序数相同原子序数相同),),而中子而中子 数数(N)N)不同的一类原子，彼此互称同位素不同的一类原子，彼此互称同位素,1 1H H、2 2 H H、3 3H H。3 3、同质异能素同质异能素 核内质子数和中子数均相同，但所处核内质子数和中子数均相同，但所处 能量状态不同的核素。如能量状态不同的核素。如9999T
14、cTc与与9999m mTc Tc。第14页，共49页。4 4、稳定性核素与放射性核素、稳定性核素与放射性核素（1 1）稳定性核素）稳定性核素 （2 2）放射性核素）放射性核素 （3 3）放射性核素的原子核为什么不稳定？）放射性核素的原子核为什么不稳定？1 1、核子总数过多（核子总数过多（8383），主要发生），主要发生衰变；衰变；2 2、中子质子比例不平衡，主要发生中子质子比例不平衡，主要发生衰变衰变；3 3、核子间的平均结合能小。核子间的平均结合能小。第15页，共49页。2 核衰变方式核衰变方式 一、一、衰变衰变(alpha decay)alpha decay)二、二、衰变衰变(beta
15、decay)beta decay)三、三、跃迁跃迁(Transition)Transition)第16页，共49页。衰变衰变(alpha decay)核衰变时放射出核衰变时放射出粒子的衰变。粒子的衰变。变化通式：变化通式：A AZ ZXXA-4A-4Z-2Z-2Y+Y+4 42 2He+Q He+Q 2262268888Ra(Ra(镭镭)衰变式：衰变式：2262268888RaRa2222228686Rn+Rn+4 42 2He+4.86 MevHe+4.86 Mev 4He第17页，共49页。衰变衰变核衰变时放射出核衰变时放射出粒子或俘获轨道电子的衰变粒子或俘获轨道电子的衰变衰变后核素的原子
16、序数可增加或减少，但质量衰变后核素的原子序数可增加或减少，但质量数不变。数不变。分分衰变衰变（核核内中子过多）内中子过多）、衰变衰变 （核核内中内中子过少）子过少）和和电子俘获电子俘获三种类型。三种类型。粒子的速度为粒子的速度为2020万万km/skm/s。第18页，共49页。衰变衰变(beta decay)beta decay)(一一)-衰变：衰变：衰变时放射出衰变时放射出粒子。核内中子过多造成的不粒子。核内中子过多造成的不平衡。中子转化为质子的过程平衡。中子转化为质子的过程。变化通式及变化通式及33331515P(P(磷磷)衰变式如下衰变式如下 A AZ ZXXA AZ+1Z+1Y+Y+-
17、+Q +Q 是反中微子是反中微子 32 321515PP32321616S+S+0 0-1-1e+1.711 Mev e+1.711 Mev N p+e-第19页，共49页。粒子粒子特性特性粒子实质是负电子；粒子实质是负电子；衰变后质量数不变，原子序数加。衰变后质量数不变，原子序数加。粒子的能量分布从粒子的能量分布从0 0最大具有连续能谱，穿透最大具有连续能谱，穿透力比力比a a粒子大；粒子大；电离能量比电离能量比a a粒子弱，能被铝和粒子弱，能被铝和有有机机玻玻璃璃吸收。吸收。第20页，共49页。衰变衰变(beta decay)beta decay)(二二)+衰变：衰变：变化通式及变化通式及
18、13137 7N(N(氮氮)衰变式如下：衰变式如下：A AZ ZXXA AZ-1Z-1Y+Y+Q +Q 是中微子是中微子 13 137 7NN13136 6C+C+1.190 Mev+1.190 Mev p p n+en+e+第21页，共49页。粒子粒子的特性的特性粒子实质是正电子；粒子实质是正电子；衰变后子核质量数不变，但质子数减；衰变后子核质量数不变，但质子数减；也为连续能谱；也为连续能谱；天然核素不发生天然核素不发生衰变，只有人工核素才发生衰变，只有人工核素才发生。第22页，共49页。衰变衰变(beta decay)beta decay)电子俘获电子俘获(electron capture
19、 decay,EC)electron capture decay,EC)核衰变时俘获一个轨道电子。它是核内中子数相对不足所致。从内核衰变时俘获一个轨道电子。它是核内中子数相对不足所致。从内层轨道（层轨道（K K）俘获一个电子，使核内一个质子转化为一个中子俘获一个电子，使核内一个质子转化为一个中子。变化通式变化通式 ：A AZ ZX+X+-eeA AZ-1Z-1Y+QY+Q 1251255353I(I(碘碘)衰变式：衰变式：125 1255353I+I+-ee1251255252Te(Te(碲碲)+)+0.0355 Mev+0.0355 Mev。第23页，共49页。跃迁跃迁(Transition
20、)Transition)(一一)同质异能跃迁同质异能跃迁(isomeric transition)isomeric transition)：变化通式及变化通式及9999m m4343Tc(Tc(锝锝)衰变式如下：衰变式如下：Am AmZ ZXXA AZ ZY+Y+49494242MOMO99m99m4343TCTC99994343TC+TC+(二二)内转换内转换(internal conversion)internal conversion)：以上几种衰变图及模式图如下图：以上几种衰变图及模式图如下图：第24页，共49页。射线特性射线为光子流，不带电，穿透力强，射线为光子流，不带电，穿透力强，
21、电离能力弱；电离能力弱；射线在真空中速度为射线在真空中速度为3030万万km/skm/s。第25页，共49页。第26页，共49页。3 3 核衰变规律核衰变规律 作为放射性原子核的个体，其衰变是独立的随机事件，相互间没作为放射性原子核的个体，其衰变是独立的随机事件，相互间没有制约，衰变先后没有规定的次序，也不是同时发生衰变。表面看有制约，衰变先后没有规定的次序，也不是同时发生衰变。表面看似乎杂乱无章，毫无规律可言。但是，作为有很多个核组成的放射似乎杂乱无章，毫无规律可言。但是，作为有很多个核组成的放射性物质而言，核衰变却表现为具有一定的规律性：性物质而言，核衰变却表现为具有一定的规律性：对一定量
22、的放射对一定量的放射性物质测其计数率性物质测其计数率n,n,发现发现 n n的数值随时间的延长而逐渐减少。的数值随时间的延长而逐渐减少。第27页，共49页。精确的实验证明，在时间间隔为精确的实验证明，在时间间隔为 t t到到 t t十十t t内，衰变的原内，衰变的原子核数目子核数目N N是和是和t t及在该时刻尚未衰变的总核数及在该时刻尚未衰变的总核数N N成正成正比，即比，即 NNNNt t，写成等式：写成等式：dNN=NdNN=N 式 中：式 中：是 比 例 常 数，称 为 衰 变 常 数（是 比 例 常 数，称 为 衰 变 常 数（D e c a y D e c a y constant
23、constant），），符号右侧的负号表示符号右侧的负号表示N N值随值随t t增加而减少，即增加而减少，即N N是负的（衰变掉的）。若时间间隔极微小，用是负的（衰变掉的）。若时间间隔极微小，用dtdt表示，上表示，上式可写成微分式：式可写成微分式：dNdt=N dNN=N dNdt=N dNN=N 经积分与代入演变得：经积分与代入演变得：N Nt t=N=N0 0e ett 这就是放射性衰变公式。它指出，这就是放射性衰变公式。它指出，N N值按时间的指数函值按时间的指数函数而衰减。数而衰减。第28页，共49页。二、半衰期二、半衰期 (一一)物理半衰期物理半衰期(T T1/21/2)：放射性核
24、由于衰变放射性核由于衰变,其原子核数目或活度其原子核数目或活度减少到原来一半所需的时间减少到原来一半所需的时间,用用T T1/21/2表示表示 （二）（二）生物半衰期生物半衰期(Tb)Tb)：由于生物机体的代谢由于生物机体的代谢 （三）（三）有效半衰期有效半衰期(Te)Te)：由于放射性核素自身衰变及生物机体代谢由于放射性核素自身衰变及生物机体代谢的共同作用的共同作用 三者的关系可用下式表示：三者的关系可用下式表示：Te=Te=（T T1/21/2TbTb）/（T T1/21/2+Tb+Tb）第29页，共49页。三、放射性活度及其单位三、放射性活度及其单位(一一)放射性活度（放射性活度（rad
25、iativityradiativity）指样品在单位时间内的指样品在单位时间内的 衰变次数。衰变次数。A=dN/dt A=dN/dt根据核衰变规律公式及放射性活度定义根据核衰变规律公式及放射性活度定义A A与与N N成正比关系可写成下成正比关系可写成下式：式：At t=Aoe-t=Aoe-0.693t/T1/2第30页，共49页。(二二)放射性活度单位：放射性活度单位：在国际单位制在国际单位制(SI)SI)中，专名是贝可勒尔中，专名是贝可勒尔(Bequeral)Bequeral)，简简称贝可，符号是称贝可，符号是BqBq单位是秒单位是秒-1-1(s s-1-1)其派生单位有其派生单位有KBq(
26、KBq(千千Bq)MBq(Bq)MBq(兆兆Bq)Bq)、GBq(GBq(吉咖吉咖Bq)Bq)和和TBq(TBq(大拉大拉Bq)Bq)1TBq=10 1TBq=103 3GBq=10GBq=106 6MBq=10MBq=109 9KBqKBq 旧 的 专 用 单 位 是 居 里，符 号旧 的 专 用 单 位 是 居 里，符 号Ci,1Ci=3.7Ci,1Ci=3.71 01 01 01 0 dps=2.22dps=2.2210101212 dpm dpm Ci Ci的常用派生单位是的常用派生单位是mCi,CimCi,Ci 新旧单位换算如下：新旧单位换算如下：1 1ci=3.7ci=3.7101
27、01010Bq=37GBqBq=37GBq 1mci=3.7 1mci=3.710107 7Bq =37MBqBq =37MBq 1ci=3.7 1ci=3.710104 4Bq =37KBqBq =37KBq 1Bq=2.7 1Bq=2.71010-11-11CiCi第31页，共49页。四、放射性比活度四、放射性比活度 定义：定义：单位质量的固体或单位体积的液体放射性单位质量的固体或单位体积的液体放射性物质的放射性活度物质的放射性活度 单位：单位：MBq/mgMBq/mg、GBq/mgGBq/mg、TBq/gTBq/g 或或 MBq/mmolMBq/mmol、GBq/mmolGBq/mmol
28、、MBq/ml;MBq/ml;旧单位是旧单位是 mci/gmci/g、ci/g ci/g 或或 mci/mlmci/ml 第32页，共49页。五、连续衰变五、连续衰变 当衰变后的子体核素也为放射性核素时，子体核素也会当衰变后的子体核素也为放射性核素时，子体核素也会发生继续衰变，直至变成稳定性核素发生继续衰变，直至变成稳定性核素第33页，共49页。六、衰变公式的应用六、衰变公式的应用例题例题1 1，某实验室有某年，某实验室有某年9 9月月2727日出厂的日出厂的NaNa131131I I溶液，其放射性浓溶液，其放射性浓度为度为3182 3182 MBq/mlMBq/ml，当年当年1010月月14
29、14日使用时，其放射性浓度是多少日使用时，其放射性浓度是多少?现要吸取现要吸取370 370 MBqMBq该溶液，需吸取多少该溶液，需吸取多少ml?ml?解：解：已知已知Ao=3182MBq Ao=3182MBq 131131I I的的T T1/21/2=8.04D=8.04D，t=17Dt=17D 先算先算t/Tt/T1/21/2=17/8.042.11=17/8.042.11查通用放射性衰变表查通用放射性衰变表(P8)P8)得得e e-t-t=0.232=0.232代入衰变公式：代入衰变公式：A=AA=Ao oe e-t-t=3182=31820.232=738.15(MBq/ml)0.2
30、32=738.15(MBq/ml)370 370738.150.5(ml)738.150.5(ml)答：此时浓度是答：此时浓度是738.15738.15MBq/mlMBq/ml；需吸需吸0.50.5mlml。第34页，共49页。例题例题2 2 3 3H-H-正十六烷标准源，产品说明书介绍是正十六烷标准源，产品说明书介绍是19971997年年1111月，测得的比活度为月，测得的比活度为1.601.60MBq/gMBq/g，取用时取用时间为间为19991999年年1111月，问取用时的比活度是多少月，问取用时的比活度是多少?相当于每相当于每mlml多少多少dpm(dpm(室温室温1818)?()?
31、(3 3H-H-正十六烷溶点正十六烷溶点1818时，时，密度为密度为0.7750.775g/ml)g/ml)解：已知解：已知A Ao o=1.6MBq/ml t=2y =1.6MBq/ml t=2y 3 3H TH T1/21/2=12.33y=12.33y 方法一：方法一：t/Tt/T1/21/2=2=212.33=0.162212.33=0.1622查通用放射性核素衰变表查通用放射性核素衰变表 得得 e e-t-t=0.895=0.895代入衰变公式代入衰变公式 A=AA=Ao oe e-t-t=1.6=1.60.895=1.432(MBq/g)0.895=1.432(MBq/g)方法二：
32、方法二：A=AA=Ao oe e-t-t=A=Ao oe e-0.693t/T1/2-0.693t/T1/2 =1.60=1.60X(0.693/12.33)X(0.693/12.33)2=1.60e2=1.60e-0.1124-0.1124 查查e ex x指数表或用指数表或用e ex x指数功能计数器求指数功能计数器求e e-0.1124-0.1124=0.8937=0.8937 代入上面衰变公式代入上面衰变公式A=1.60A=1.600.8937=1.43(MBq/g)0.8937=1.43(MBq/g)解：已知解：已知3 3H-H-正十六烷溶点正十六烷溶点1818时，密度为时，密度为0
33、.7750.775g/mlg/ml 1g 1g相当于相当于1/0.775=1.29(1/0.775=1.29(ml)ml)1MBq=1 1MBq=110106 6dps=60dps=6010106 6dpmdpm每秒计数换成每分计数每秒计数换成每分计数 根据所得结果的比活度是根据所得结果的比活度是1.431.43MBq/gMBq/g 1.43MBq=(1.43 1.43MBq=(1.43606010106 6)/1.29=6.65)/1.29=6.6510107 7(dpm/ml)(dpm/ml)答答:取用时的比活度是取用时的比活度是1.431.43MBq/gMBq/g；相当于每相当于每ml6
34、.65ml6.6510107 7dpm.dpm.第35页，共49页。4 4 核射线与物质的相互作用核射线与物质的相互作用 一、带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子与物质的相互作用 （一）（一）电离与激发电离与激发(ionization and excitation)ionization and excitation)（二）弹性散射（二）弹性散射 （三）（三）韧致辐射韧致辐射 （四）（四）契仑可夫辐射契仑可夫辐射 （五）（五）湮没辐射湮没辐射 （六）射程（六）射程 第36页，共49页。(一一)电离与激发电离与激发(ionization and excitation)ionization and
35、excitation)1.1.电离电离 ：指带电粒子使物质中的中性原子变成离子对过程。：指带电粒子使物质中的中性原子变成离子对过程。2.2.激发激发 ：如果核外电子所获动能不足以使之成为自由电子，只是从：如果核外电子所获动能不足以使之成为自由电子，只是从 内层内层跃迁到外层，从低能级跃迁到高能层称之。跃迁到外层，从低能级跃迁到高能层称之。3.3.电离密度电离密度 ：单位路径上形成的离子对的数目。它表示的是射线电离作用强弱的量。：单位路径上形成的离子对的数目。它表示的是射线电离作用强弱的量。第37页，共49页。（二）弹性散射（二）弹性散射 带电粒子通过物质时因受原子核库仑电场作用而改变本身带电粒
36、子通过物质时因受原子核库仑电场作用而改变本身运动方向，但带电粒子与原子核在相互作用前后总动能保持运动方向，但带电粒子与原子核在相互作用前后总动能保持不变，这一过程称为弹性散射或弹性碰撞。不变，这一过程称为弹性散射或弹性碰撞。第38页，共49页。（三）韧致辐射（三）韧致辐射 带电粒子还可与原子核发生非弹性碰撞。高速运动的带电粒子经过原子核附近带电粒子还可与原子核发生非弹性碰撞。高速运动的带电粒子经过原子核附近时，受到原子核库仑场作用而急剧减速，其部分或全部动能可转变为连续的电磁辐时，受到原子核库仑场作用而急剧减速，其部分或全部动能可转变为连续的电磁辐射，称为韧致辐射（射，称为韧致辐射（Brems
37、strahlungBremsstrahlung）。）。韧致辐射的发生机率，与带电粒子质量的平方成反比，与带电粒子的韧致辐射的发生机率，与带电粒子质量的平方成反比，与带电粒子的能量成正比与所通过的物质的原子序数的平方呈正比。可见能量成正比与所通过的物质的原子序数的平方呈正比。可见a a粒子的韧致粒子的韧致辐射可忽略不计（与带电粒子质量的平方呈反比），高能辐射可忽略不计（与带电粒子质量的平方呈反比），高能射线的韧致辐射效射线的韧致辐射效应显著（与入射粒子的能量呈正比），并且对放射性核素按其来源可分为应显著（与入射粒子的能量呈正比），并且对放射性核素按其来源可分为天然和人工两大类。但其中天然放射性核
38、素种类仅数十种。天然和人工两大类。但其中天然放射性核素种类仅数十种。致辐射的防护宜致辐射的防护宜采用原子序数低（与物质原子序数的平方呈正比）的屏蔽材料（如有机玻璃、铝）。采用原子序数低（与物质原子序数的平方呈正比）的屏蔽材料（如有机玻璃、铝）。第39页，共49页。（四）契仑可夫辐射（四）契仑可夫辐射 高能电子通过折射率较大（高能电子通过折射率较大（n n1 1）的透明介质时，若其的透明介质时，若其速度大于光在该介质中的相速度，在粒子经过之处，将沿一定速度大于光在该介质中的相速度，在粒子经过之处，将沿一定方向发出接近紫外线波长范围的微弱可见光。这种辐射称为契方向发出接近紫外线波长范围的微弱可见光
39、。这种辐射称为契仑可夫辐射（仑可夫辐射（Cerenkov radiationCerenkov radiation）。）。契仑可夫辐射具有连续光契仑可夫辐射具有连续光谱，辐射强度与带电粒子静止质量无关，而仅取决于粒子的电荷谱，辐射强度与带电粒子静止质量无关，而仅取决于粒子的电荷及速度。生物医学中常利用契仑可夫辐射测量中、高能及速度。生物医学中常利用契仑可夫辐射测量中、高能-射线射线（如（如3232P P）。）。第40页，共49页。（五）湮没辐射（五）湮没辐射 +粒子通过物质时，其动能完全消失后，可与物质中的粒子通过物质时，其动能完全消失后，可与物质中的自由电子相结合而转化为一对发射方向相反、能量
40、各为自由电子相结合而转化为一对发射方向相反、能量各为0.50.5llMeVllMeV的的光子。这种现象称为湮没辐射（光子。这种现象称为湮没辐射（anhihilatioh anhihilatioh ralllationralllation）。）。正电子断层扫描（正电子断层扫描（PETPET）就是通过测定正电子发就是通过测定正电子发射体湮没辐射所产生的射体湮没辐射所产生的 一对一对光子，从而将核医学显像技术发光子，从而将核医学显像技术发展到新的高度。展到新的高度。第41页，共49页。(六六)射程射程 射线从入射到完全消失所经过的直线距离射线从入射到完全消失所经过的直线距离 射程：射程：第42页，共
41、49页。带电粒子与物质相互作用带电粒子与物质相互作用（激发、电离、轫致辐射激发、电离、轫致辐射）激发激发 电离电离 轫致辐射轫致辐射第43页，共49页。二、二、射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 (一一)光电效应光电效应(photoelectric effect)photoelectric effect)(二二)康普顿一吴有训效应康普顿一吴有训效应(Compton-Wu effect)Compton-Wu effect)(三三)电子对生成效应电子对生成效应(pair production)pair production)第44页，共49页。光电效光电效应应(photoelectric effect)多发生在低能量：多发生在低能量：0.51.021.02MeVMeV（两个电子的静止质两个电子的静止质量）；量）；光子在电场作用下被完全吸收，产生一对正负电子；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光子能量被正、负电子任意分配带走(超过超过1.021.02MeVErMeVEr转化为转化为正负电子动能正负电子动能)。第47页，共49页。三种效应及其发生几率如图三种效应及其发生几率如图 不同能量光子在不同吸收体中三种效应的相对几率关系 第48页，共49页。第49页，共49页。
