1、核物理基础与放射性防护,核医学 张卫方 tsy1997,放射性的概念,自然界一切物质都是由元素组成的； 元素的基本单元是原子。,天然放射性现象,原子的组成与稳定性,原子=原子核+电子 原子核=质子+中子,原子的表征量是物质的物理、化学性质和光谱特性。,原子因核子不断运动而具有一定能量。一般处于最低能量状态。 一定条件下如放射性核素衰变或受到高能粒子的轰击时，原子可暂时到达较高能量状态，称为激发态。 激发态通过能态或核结构的改变而迅速恢复到基态。99mTc与99Tc(锝）,原子的能态,元素（Element）：质子数相同的原子 核素（Nuclide）：质子数、中子数以及能量状态都一致的原子。 同位
2、素（Isotope）：质子数相同而中子数不同，称为元素的同位素。 同质异能素（Isomer）：中子数和质子数都相同，原子核所处能态不同的核素互称为同质异能素。99mTc与99Tc(锝） 同一种元素的不同核素，在元素同期表中处于相同的位置，具有基本相同的化学性质。（1H 2H 3H） 235U ，238U Z=92,例如：,-同一种元素(碘元素),- 四种核素，都是碘的同位素,- 12753I 稳定核素，其他非稳定性核素，放射性核素,一种元素(锝元素),- 两种核素 - 互为同质异能素,核力 - 核子之间的短程强作用力 Eb = Ev + Es + Ec + Ea + Ep Eb: 结合能 Ev
3、: 体积能 Es: 表面能 Ec: 库仑能 Ea: 非对称能 Ep: 奇偶能 原子核的稳定性与核子数目（质子数与中子数）的比例有关,原子核的稳定性,1. 核子数过多的原子核不稳定 Z 83的核不稳定 2.质子数与中子数有一合适的比例 Z 20，N/Z = 1.5 的核稳定 3.偶偶核的稳定性高于奇奇核,原子核稳定性规律,放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线，（如射线、射线、射线等）而衰变形成稳定的元素的现象称为放射性。,放射性核素衰变的种类,衰变 粒子较大，易使介质原子的核外电子脱离原子轨道，发生电离。对机体会产生严重的生物学效应,粒子或射线,衰变,粒子时具有一定的电离能力，目前主要用
4、于核素治疗。,利用 +湮灭辐射，进行正电子成像,电子俘获（贫中子核素）,较外层轨道上的电子越入内层填补空缺。多余的能量以特征X射线的形式释出或传递给更外层的轨道电子使之脱轨而出，称俄歇电子。,衰变（ 跃迁）,内转换（ Internal conversion ）,核衰变的基本定律 (basic law of nuclear decay),放射性活度(radioactivity) -单位时间内原子核衰变的数量。 A= A0e-t A0初始时间的放射性活度 A经过t时间的放射性活度 衰变常数(decay constant); -(dN/dt)/N 单位时间内原子核衰变的百分数 放射性活度随时间呈指数
5、规律减少,放射性活度的单位 国际制单位: Bq KBq MBq GBq 1Bq:每秒一次衰变 常用单位: Ci mCi Ci Ci=3.7 1010 Bq,物理半衰期 physical half life T1/2 A= A0e-t 1/2 A0= A0e- T1/2 = ln2 /T1/2 生物半排期 biological half life Tb 有效半减期 effective half life Teff eff =b+ 1/ Teff =1/T1/2+1/Tb Teff = T1/2 Tb/( Tb+T1/2),射线与物质的相互作用 The interaction of radiati
6、on with matter),带电粒子与物质原子核外电子发生静电作用，使之失去轨道电子而形成自由电子和正离子的过程,一、带电粒子与物质的相互作用,电离 (ionization),激发(excitation) -射线使原子的轨道电子 从低能级跃迁至高能级,散射(scattering) 带电粒子受到物质原子核库仑电场作用而发生方向偏折,韧致辐射(bremsstrahlung),与-粒子的能量及介质的原子序数成正比,吸收(absorption) 射线与物质相互作用能量耗尽后停留在物质中。 射程(range) 吸收前射线在物质中所行经的路程，反应带电粒子的贯穿能力,湮灭辐射(annihilation
7、 radiation),二、光子与物质的相互作用 光电效应(photoelectric effect）,影响因素： 射线能量 介质的原子 序数,康普顿效应(Compton effect）,光子的能量为0.51.0MeV时,康普顿效应较明显,电子对生成(electron pair production),光子与物质的相互作用,3种作用和光子入射能及物质的原子序数有关 低能与高序数物质光电效应为主 中能射线以康普顿散射为主 高能与高原子序数电子对效应,电离辐射的生物学效应 (Biological Effects of Radiation),辐射生物效应是放射损伤和临床应用射线诊断治疗的理论基础，也
8、是制定辐射防护标准的生物依据。,原发作用,机体内最早发生的分子水平的改变。既有辐射对这些大分子的直接作用，又有辐射作用在细胞内水分子后生成的产物引起的间接作用。,继发作用,体液失调 细胞膜和血管壁的通透性改变 毒血症,直接作用（direct effects） 直接作用于生物大分子，发生电离、激发或化学键的断裂而造成分子结构和性质的改变。辐射可引起DNA的断裂、解聚、合成障碍等。,间接作用（Indirect effects） 作用于体液中的水分子，引起它的电离和激发，形成一系列产物，如H、OH、H2O2、HO2、e-aq等，继而作用于生物大分子引起损伤,按对象分类 躯体效应（Somatic Ef
9、fects） 受照者本身的效应，包括全身效应和局部效应。 遗传效应（Genetic Effects） 指影响到受照者后代的效应。,辐射生物学效应的分类,按时间分类 近期效应（Short-term Effects） 急性和慢性效应，急性放射病和放射性皮肤损伤。慢性放射病和放射性皮肤损伤。 远期效应（Long-term Effects） 一般发生在受照后几年或几十年，如辐射致癌、放射性白内障和遗传效应。,按效应的发生和照射剂量的关系分类 随机效应（Stochastic Effects） 发生的几率与受照剂量呈正相关，一般认为不存在剂量阈值，如致遗传效应和致癌效应。 确定性效应(determinis
10、ticeffect) 非随机效应，严重程度与剂量大小呈正相关，有剂量阈值。如急性放射病，放射性白内障，白血病减少、皮肤损伤等。,辐射生物学效应的影响因素,与辐射有关的因素 辐射的种类 和-粒子电离能力强，电离密度大，生物学效应较相同物理当量的X线或光子大 照射剂量 剂量越大，效应越显著 剂量率 剂量率越大，效应越显著。但其达到一定程度，则二者不成比例。,照射面积、部位及均匀度 面积越大，效应越明显。当人体总面积的1/2时，可引起全身性效应。 腹部盆腔头、颈部胸部四肢 均匀照射的效应不均匀照射的效应。 在总剂量与剂量率等相同的条件下，分次照射及间隔时间长，效应较一次照射及间隔时间短为小。,与机体
11、有关的因素,生物种系敏感性 种系演化越高，结构越复杂，敏感性越高。多细胞单细胞，哺乳类比鸟类、鱼类等类敏感。 个体敏感性 同种系不同个体敏感性不同。随着发育，敏感性降低。胚胎胎儿，幼年成年，老年中青年 “十日法则”-月经开始十天内受放射检查较为安全。 不同器官组织和细胞的敏感性 与细胞分裂活动成正比，与分化程度成反比。,辐射防护,辐射防护的目的 防止有害的确定性效应 限制随机效应的发生率,辐射防护的基本原则 实践的正当化 辐射防护的最优化 个人剂量限值 -任何1年受到的内外照射产生的有效剂量之和的限值,剂量限值,从业人员： 有效剂量 全身5年时间平均每年20mSV 任何一年小于50mSV,公众： 任何一年有效剂量小于 1mSV,外照射的防护原则,时间防护-缩短操作时间，空白试验 距离防护与距离的平方成反比 屏蔽防护,内照射的防护原则,放射工作场所分类，放射性核素分组 降低工作场所表面污染和空气污染 个人防护要求：防止食入，吸入，经皮肤伤口进入体内 遵守安全操作规程,参考书,放射卫生学 核医学张永学 人民卫生出版社。,战略上藐视！ 战术上重视！,
