1.绪论,核物理与辐射防护基本知识

γ射线与物质的相互作用
γ射线的吸收
由于γ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γ射线能量减弱的现象。
γ射线与物质作用的三种效应比较
γ射线与物质 γ射线能量 物质的密度 作用发生部位 光电效应 低能＜0.06MeV 高 内电子层轨道 康普顿效应 中能0.2-2.0MeV 低 高 外电子层轨道 一个反冲电子 电子对生成 高能＞2.0MeV 高 高 核附近
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+e—n+v的转变， 达到稳定的核结构
γ衰变：处在激发状态的子核，撤退到基态，多余的能量以γ 光子形式释放。在γ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γ跃迁
γ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γ射线入射物质后，γ射线受到原子核的核力场作用转 化为一对正负电子，而γ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）
高能β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v ＞c/n（c为光在真空中的速度，n为介质的折射率），则在β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： β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γ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。
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
▐
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
1Ci=3.7*1010Bq37GBq 1mCi=3.7*107Bq=37MBq 1μCi=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：
射线与物质的相互作用
γ射线与物质的相互作用
光电效应 photoelectric effect：当γ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γ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。)
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β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。
01
02
03
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
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。
轫致辐射
bremsstrahlung radiation 1. 带电粒子的能量越大，产生轫致辐射的几率越大；
（32P＞14C＞3H）
2.
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。
3.
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：
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-0401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%
作用物质原子序数 高
一个光子
效应产生结果
一个负电子
一个正电子进而湮 灭出两个次级光子
电子空位填补而发 一个散射光子 射X线
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。
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）
核素示踪 体外放射分析 spect/ct pet/ct pet/核磁 GD甲亢 甲状腺癌 真红细胞增多症
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
3 1H、 1H、 1H;
99m Tc。 43Tc、 43
Q
母核
子核
α粒子
聚变能
α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 β衰变-释放或捕获电子的核衰变
通式：
A ZX
_
0 ±1e
——
A
Z±1Y
+
+
Q
+
v（v）
母核
子核
β粒子 聚变能 正反中微子
β-粒子穿透能力教α粒子强，射程长，但电离能力弱，能被铝箔或组织 吸收。
▐
▐
λ=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：
γ衰变通式：
Am ZX
——
A
ZX
+
hγ
激发态母核
基态子核
光子（γ射线）
γ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
1. 2. 3. 4. 5. 6.
131I发射β
和γ 射线
物理半衰期8.04天 γ 射线能量0.364 Mev γ 射线射程几米 β 射线能量0.61 Mev β 射线在组织内射程2-4mm
99
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。