第十七章原子核和放射性一.原子的核狀結構二.玻爾理論的基本假設三.原子的能級和電子的軌道半徑

原子的能級J.J湯姆遜原子模型

1903年J.J.湯姆遜提出，原子中的正電荷和原子質量均勻地分布在半徑為10-10m的球體內，電子浸于此球體中，即“葡萄干蛋糕模型”。盧瑟福是J.J.湯姆遜的學生，提出了原子的有核模型。原子核介紹

粒子散射實驗

盧瑟福的原子有核模型盧瑟福用

粒子轟擊原子，探索原子內部結構，并提出原子的有核模型。

粒子為氦核以c/15轟擊金箔，在原子中帶電物質的電場力作用下，使它偏離原來的入射方向，從而發生散射現象。

粒子鐳放射源

熒光屏顯微鏡金箔絕大部分粒子經金箔散射后，散射角很小2--3

，1/8000的粒子偏轉大于90

盧瑟福原子有核模型結論①.原子的中心是原子核，幾乎占有原子的全部質量，集中了原子中全部的正電荷。②.電子繞原子核旋轉。③.原子核的體積比原子的體積小得多。原子半徑

10-10m原子核半徑10-14

--10-15m1911年盧瑟福在他所做的粒子散射實驗基礎上，提出原子的中心是一個重的帶正電的核，與整個原子的大小相比，核很小。電子圍繞核轉動，類似大行星繞太陽轉動。這種模型叫做原子的核模型，又稱行星模型。從這個模型導出的結論同實驗結果符合的很好，很快就被公認了。

按經典理論電子繞核旋轉，作加速運動，電子將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從而將逐漸靠近原子核，最后落入原子核中。所以原子應是一個不穩定的系統。軌道及轉動頻率不斷變化，輻射電磁波頻率也是連續的，原子光譜應是連續的光譜。實驗表明原子相當穩定，這一結論與實驗不符。實驗測得原子光譜是不連續的譜線。

有核模型與經典理論的矛盾

玻爾（Niels

HenrikDavidBohr，1885--1962丹麥理論物理學家，現代物理學的創始人之一。1911年，他來到卡文迪什實驗室，在J.J.湯姆遜的指導下學習和研究，當得知盧瑟福從

粒子散射實驗提出了原子的有核模型后，他深感欽佩，同時也非常理解該模型所遇到的困難。于是他又轉赴盧瑟福實驗室求學，并參加

粒子散射的實驗工作，他堅信盧瑟福的有核模型，認為要解決原子的穩定性問題，必須用量子概念對經典物理來一番改造。

玻爾量子論在1913年玻爾在盧瑟福所提出的核模型的基礎上，結合原子光譜的經驗規律，應用普朗克于1900年提出的量子假說，和愛因斯坦于1905年提出的光子假說，發表了《論原子構造與分子構造》等三篇論文，提出了原子所具有的能量形成不連續的能級，當能級發生躍遷時，原子就發射出一定頻率的光的假說。從而完滿地解釋了氫原子光譜的規律。玻爾的成功，使量子理論取得重大進展，推動了量子物理學的形成，具有劃時代的意義。一.原子核的組成二.原子核的表示三.原子核的大小四.原子核的質量虧損五.原子核的結合能第一節原子核的基本性質

氫核帶一個單位的正電核

質子數Zmp=1.007276u質量數A=Z+N1u=1.66056610-27kg

不能長期存在于自然界不帶電

中子數Nmn

=1.008665u質子(proton)中子(neutron)一.原子核的組成原子核的基本性質二.原子核的表示AXZ質量數原子序數元素的化學符號例:氦核鐳核碳核He42226Ra8813C6原子核的基本性質四.質量虧損(massdefect)

實驗證明，一個原子核的質量，總是小于組成它們的核子的質量之和。m=[Zmp+(A-Z)mn

]-mA例：核子組成氦核所發生的質量虧損為氦核42Hem=(21.007276+21.008665)-4.001506=0.030376u原子核的基本性質五.結合能(bindingenergy)

由相對論質能關系，系統的質量改變

m時，一定伴有能量改變

E＝mc2

核子組成核時所釋放出的能量叫做原子核的結合能。1u的質量改變對應的能量為1uc2=1.66056610-27(2.99792108)2

=1.4924410-10J=931.5MeV原子核的基本性質核子結合成核核分裂為核子放出能量供給能量原子核的穩定性

核子組成原子核時所釋放的能量對核子數求平均值----平均結合能描述原子核的穩定性原子核的基本性質五.結合能(bindingenergy)原子核的穩定性

核子在結合成原子核時要放出大量的結合能，反之，如果想要使原子核內的核子重新分裂出來，需要供給同樣多的能量。因此，核子結合過程釋放的能量越大，其核就越穩定，（能量越低越穩定），對于不同的原子核其穩定性不相同。通常用每個原子的平均結合能來反映原子核的穩定程度，即從圖上可得出下列規律：（１）Ａ＜30時，曲線呈上升趨勢，但在Ａ為4的整數倍的地方出現了峰值，說明4個核子（２個質子和２個中子）可構成穩定的原子核。（２）Ａ>30時，Δε約為８ＭｅＶ，近似為常數，即原子核的結合能差不多與Ａ成正比，說明原子核之間的作用力具有飽和性。（３）曲線中間高，兩邊低，說明Ａ在40—120之間的原子核較穩定，其它穩定性較差。

由核子構成的原子核，雖然質子間存在靜電排斥力，卻結合得非常緊密，因此核子間必然存在強大的吸引力，這種使核子緊密結合在一起的力稱為核力。現在某些方面至今還未認識清楚，從目前的理論和實事，可以說明核力具有以下性質：（4）核力與電荷無關（1）核力是短程力

因為核力既能把帶電的質子束縛在原子核中，也能把不帶電的中子束縛在原子核中，促成質子和中子成雙成對地結合。

核力的作用范圍只有10-15m的數量級。一個核子所能相互作用的其他核子的最大數目是有限制的。（2）核力是強相互作用（3）核力具有飽和性（5）核力極短程內存在斥心力核子不能無限靠近。一.

衰變（alphadecay）二.

衰變（betadecay）三.

衰變（gammedecay）第二節原子核的衰變

原子核自發地放射出某種射線而轉變為另一種核素的現象這種不穩定核素叫做放射性核素核素放出射線的性質叫做放射性母核母體子核子體原子核的衰變一.

衰變

放射性核素的原子核放射出

粒子而衰變為另一種原子核的過程,叫做

衰變.

氦核42He衰變反應式AZXA-4Z-2Y+42He+Q原子核的衰變例鐳核衰變為氡核22688RaRn+4222862He+QQ衰變能

粒子及其動能

射線

原子核的衰變一.

衰變

衰變過程中放出的能量。大部分以

粒子的動能的形式放出，還有一部分是子核反沖動能（約占2％）。Q衰變能原子核的衰變一.

衰變

衰變能中的大部分轉變為

粒子的動能，本例中為4.777MeV和4.589MeV。

射線就是

粒子流。

粒子高速從核中飛出,在受到物質阻止失去速度后,俘獲兩個電子變成一個中性的氦原子.

粒子及其動能94.3%5.7%原子核的衰變一.

衰變

生成的子核具有不同的能態，當子核從激發態向基態躍遷時，把多余的能量以光子的形式輻射出來，就是

射線。22688RaRn22286

射線原子核的衰變一.

衰變一.

衰變

放射性核素的原子核放射出

粒子而衰變為另一種原子核的過程,叫做

衰變.

氦核42He衰變反應式AZXA-4Z-2Y+42He+Q

衰變的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核前移兩位。原子核的衰變1.

－衰變3.電子俘獲2.

＋衰變二.

衰變

放射性核素的原子核放射出

粒子而衰變為另一種原子核的過程,叫做

衰變.

原子核的衰變1.

－衰變

放射性核素的原子核放射出負電子而衰變為另一種原子核的過程,叫做

－衰變.

衰變反應式

衰變的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核后移一位。AZXAZ＋1Y+0－1e＋+Q

00中微子原子核的衰變

原子核內是不含有電子的。在

－衰變中，原子核中一個中子轉換為一個質子時，同時產生一個負電子和一個中微子。np+0－1e＋+Q

00原子核的衰變二.

衰變例放射性磷衰變為硫核

中微子3215PS+32160－1e＋+Q

00

電荷數為零，質量均為電子質量的0.05%，質量數也為零。

射線

原子核的衰變二.

衰變

射線

生成的子核具有不同的能態，當子核從激發態向基態躍遷時，把多余的能量以光子的形式輻射出來，就是

射線。激發態基態子核能態母核能態原子核的衰變二.

衰變2.

＋衰變

放射性核素的原子核放射出正電子而衰變為另一種原子核的過程,叫做

＋衰變.

衰變反應式

＋衰變的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核前移一位。AZXAZ－1Y+0＋1e＋+Q

00原子核的衰變

原子核內也不含有正電子。在

＋衰變中，原子核中一個質子放出一個正電子轉變為一個中子，同時放出一個中微子。np+0＋1e＋+Q

00原子核的衰變二.

衰變例放射性氮核衰變為碳核

中微子137NC+1360+1e＋+Q

00

電荷數為零，質量均為電子質量的0.05%，質量數也為零。

電子對淹沒

射線

正電子壽命很短，它與周圍物質相互作用時，可在核場的作用下與一個電子結合產生兩個飛行方向相反的光子。0.511MeV原子核的衰變二.

衰變

射線

生成的子核具有不同的能態，當子核從激發態向基態躍遷時，把多余的能量以光子的形式輻射出來，就是

射線。高職截止！激發態基態子核能態母核能態原子核的衰變二.

衰變3.電子俘獲

放射性核素的原子核俘獲一個核外電子，使核中的一個質子轉變為一個中子，從而衰變為另一種原子核的過程,叫做電子俘獲.

衰變反應式

電子俘獲的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核前移一位。AZXAZ－1Y+0－1+Q

00e＋原子核的衰變

原子核俘獲的電子是內層電子，俘獲后原子核的殼層中缺少一個內層電子,這是不穩定狀態，當外殼層電子躍遷到內層來填補這個空位時，放射出子核的標識X射線。

有些核素在發生電子俘獲后，子核處于激發狀態，這時會發射

射線。原子核的衰變二.

衰變1.

－衰變3.電子俘獲2.

＋衰變二.

衰變AZXAZ＋1Y+0－1e＋+Q

00AZXAZ－1Y+0＋1e＋+Q

00AZXAZ－1Y+0－1+Q

00e＋原子核的衰變三.

衰變與內轉換

核衰變中產生的子核若處于激發態，它會很快地從高能級躍遷到較低的能級，同時把多余的能量以

光子的形式輻射出來。衰變反應式AmZXAZY+

激發態核基態核原子核的衰變

若原子核從激發態躍遷到較低能態或基態時，不向外幅射光子，而是將能量直接傳遞給核外的內殼層電子，使其脫離原子的束縛而成為自由電子，這一過程叫做內轉換。

內轉換的結果，使原子內殼層上出現了空位，較外層電子將來填補這一空位，從而輻射出標識X射線或俄歇電子。原子核的衰變三.

衰變與內轉換穩定核素（stablenuclide)

原子核的穩定性與核內質子數和中子數的比例有關。當原子核內引力與排斥力平衡時，原子核穩定，不會自發衰變的核素稱為穩定核素。

引力

靜電排斥力核子（質子和中子統稱為核子）之間質子之間放射性核素(radionuclide)

原子核處于不穩定狀態，需通過核內結構或能級調整才能趨于穩定的核素稱為放射性核素。如

99Tcm、131I、32P、90Sr、153Sm、188Re、125I、60Co等。

引力

靜電排斥力核子（質子和中子統稱為核子）之間質子之間第二節原子核的衰變類型

核素中，原子序數很高的重元素，如鈾（Ｕ）、鐳（Ｒa）等，不穩定的原子核自發地過渡到穩定的原子核的變化過程稱為原子核的衰變。

質能守恒定律動量守恒定律電荷守恒定律核子數守恒定律衰變過程遵守的定律定義1.

衰變2.

衰變3.

衰變和內轉換衰變的類型一、

衰變1.定義２.衰變方程

某些原子核，由于核子數過多，在衰變過程中，放出一個

粒子而變成另一種原子核的過程稱為

衰變。衰變能用Ｘ代表衰變前的母體原子核，Ｙ代表衰變后形成的子體原子核

42He

γ由于

衰變過程是不穩定的原子核變成穩定的原子核的自發過程，因此Q>0即：

粒子特性

粒子實質上是He原子核；

衰變發生在原子序數大于82的重元素核素；在空氣中的射程約為３-８cm，在水中或機體內為0.06-0.16mm；因其射程短，一張紙即可阻擋；

粒子的電離能力很強。

射線是大量放射性核素進行

衰變的產物，是高速的He原子核組成的粒子束流。對開展體內惡性組織的放射性核素治療具有潛在的優勢。二、

衰變三種形式：

－衰變

＋衰變軌道電子俘獲1.

－衰變（1）定義

某些原子核，由于中子數過多，放出一個

－

粒子和一個反中微子而變成另一種原子核的過程稱為

－衰變。（2）條件

(a)中子數過多

(b)

－

粒子

－1e（負電子)β－γn

p+e-反中微子：中微子的反粒子。反中微子是中微子對應的反物質粒子，其性質跟中微子正好相反。它是一種非常輕的中性帶電粒子。（3）衰變方程由于是自發過程，因此Q>0即：

β-粒子的特性β-粒子實質是負電子；衰變后質量數不變，原子序數加１；β-粒子的能量分布從0～最大具有連續能譜，穿透力比

粒子大；電離能量比

粒子弱，能被鋁和機體吸收；通常說的

放射性核素就是

-放射性核素。醫學中常用32P、3H、14C等β-射線是大量放射性核素進行β-衰變的產物。并且其能譜是連續的。在軟組織中的射程僅為幾厘米，可用于治療，如碘治療甲亢。

2.

＋衰變（1）定義

某些原子核，由于質子數過多，放出一個

＋粒子和一個中微子而變成另一種原子核的過程稱為

＋衰變。（2）條件

(a)質子數過多

(b)

＋

粒子

＋1e（正電子)β＋γp

n+e+（3）衰變方程由于是自發過程，因此Q>0即：

醫學中常用11C、13N、15O、15F、52Fe等β＋粒子的特性β＋粒子實質是正電子；衰變后子核質量數不變，但質子數減１；

β＋也為連續能譜；β＋射線

是正電子組成的粒子束流，停下來后會與電子發生湮沒反應，轉化成一對γ光子。

天然核素不發生β＋衰變，只有人工核素才發生；應用：PET成像(正電子發射型計算機斷層成像)。（1）定義

某些原子核可以俘獲一個軌道電子使核內的一個質子轉換成中子和一個中微子的過程稱為軌道電子俘獲。（2）條件

質子數過多

3.軌道電子俘獲標識X射線Auger電子γp+e-

n（3）衰變方程軌道電子俘獲使原子處于激發態。如：在Ｋ電子俘獲中，Ｋ殼層少了一個電子出現空位，當Ｌ殼層的電子躍遷到Ｋ殼層填補該空位時就會發射標識Ｘ射線.標識X射線Auger電子γ

Ｌ殼層就出現兩個空位：一個電子躍遷到Ｋ殼層，一個發射出原子（俄歇電子）。三、

衰變和內轉換1.

衰變（1）定義（2）條件:(a)同質異能躍遷

(b)

粒子

（光電子)

處于激發態的原子核躍遷至穩定的基態，同時放出

粒子的過程.（3）衰變方程注：

衰變通常伴隨著

衰變和β衰變2.

內轉換

處于激發態的原子核躍遷至穩定的基態時，將其衰減能直接傳遞給核外殼層電子，使該殼層的電子脫離原子成為自由電子，這種衰變方式稱為內轉換,由此發射的電子叫內轉換電子。內轉換主要發生在Ｋ殼層電子。注：內轉換使原子處于激發態，伴有Ｘ射線或俄歇電子。發射

射線和發射內轉換電子是原子核從激發態回到基態的兩種方式。內轉換電子γ

γ粒子特性γ粒子就是光子，是從原子核內發射出來的電磁波；衰變后子核質量數和質子數不變；只是能量狀態從激發態到了基態。

γ射線為光子流，不帶電，穿透力強，電離能力弱；γ射線在真空中速度為30萬km/s。應用：體外成像。一.衰變規律第三節核衰變的規律二.半衰期(halflife)三.平均壽命(meanlife)四.放射性活度(radioactivity)核衰變的規律一.衰變規律一.衰變規律tN

:衰變常數,是反映原子核衰變快慢的物理量.核衰變的規律二.半衰期(halflife)1.物理半衰期2.生物半衰期3.有效半衰期核衰變的規律1.物理半衰期衰變規律把t=T時

N=N0/2代入得：取對數：ln2=0.693＝T核衰變的規律

放射性核素衰減到原來數量一半所需的時間。1.物理半衰期

放射性核素衰減到原來數量一半所需的時間。衰變定律又可為核衰變的規律例：32P(磷)的半衰期為14.3天，問經過多長時間后，它變為原來的1/64？解：例：131I（碘）的半衰期為T天，經過32天后變為N，又經過96天，還剩余（1/4）N，求T。解：據題意有dt時間內衰變的原子核有其壽命為t壽命之和為t?

Ndt在t=0到t=

時間內N0個核衰變其壽命之和核衰變的規律三.平均壽命(meanlife)三.平均壽命

(meanlife)

放射性核素在全部衷變完之前平均存在的時間。與

、T一樣，也是表示核衰變快慢的常數。核衰變的規律四.放射性活度(radioactivity)單位時間內衰變的核子數.單位:貝可Bq(becquerel)1Bq=1核衰變/秒核衰變的規律核衰變的規律四.放射性活度(radioactivity)四.放射性活度(radioactivity)單位時間內衰變的核子數.單位:貝可Bq(becquerel)與t有關核衰變的規律例:放射性碘131I出廠時的放射性活度為9.25105Bq,問15天后其放射性活度還有多大?(T=8d)解:核衰變的規律2、利用I作核素成像的顯像劑，剛出廠的試劑，滿足顯像要求的注射量為0.5ml。求：（1）如試劑存放了11天，滿足成像要求的注射量應為多少？（2）如果最大注射量不得超過8ml，則該顯像劑的最長存放時間是多少？設I的半衰期為8.04d。解（1）設出廠時1ml試劑的放射性活度為，試劑存放11天后滿足顯像要求的劑量為xml，依題意，若想滿足成像要求，放置前后需注射的試劑的放射性活度應相等，即

x=1.3ml

(2)設t天后8ml試劑的放射性活度與出廠時0.5ml試劑的放射性活度相等，

射線通過物質時，都要與物質發生作用。研究射線與物質的相互作用的基本規律是人們進行射線探測、射線防護、射線分析、射線診斷和治療等的基礎。第四節射線與物質的相互作用根據射線與物質相互作用的特性可以分為四類：１.重帶電粒子，如α粒子２.輕帶電粒子,如負電子和正電子3.光子組成的射線，如γ射線和Ｘ射線４.中性粒子，如中子一、帶電粒子與物質的相互作用帶電粒子與物質發生相互作用一般有如下四種方式：與原子核外電子發生彈性碰撞與原子核外電子發生非彈性碰撞與原子核發生非彈性碰撞與原子核發生彈性碰撞此外，帶電粒子可能進入原子核，引起核反應。

本質上是帶電粒子與原子核和核外電子之間的庫侖力相互作用。

當帶電粒子（α、β）從原子附近經過時，其與核外電子之間的庫侖力作用（吸引或排斥），使電子獲得一部分能量，若傳遞給電子的能量足以克服原子核的束縛，而脫離原子核成為自由電子，失去一個自由電子的核帶正電荷，兩者形成離子對，這種過程稱為電離１.電離和激發

電離和激發是帶電粒子與被作用物質的核外電子發生非彈性碰撞的結果帶電粒子e-正負離子對次級電離

自由電子還可使其它原子發生電離：次級電離。

如果是內層電子被電離時，外層電子就會向內層躍遷，從而會產生標識Ｘ射線和俄歇電子

若入射帶電粒子傳遞給電子的能量較少，不足以使電子脫離原子核而成為自由電子，但可以使電子從低能級狀態躍遷到高能級狀態，這種過程稱為激發

這時整個原子處于激發態，不穩定要躍回基態（即退激），從而放出來的能量以光的形式發射出來，即是受激原子的發光現象。帶電粒子粒子γ(退激)當帶電粒子通過物質時，與原子核外電子發生非彈性碰撞，將一部分能量傳給電子，而本身的速度將逐漸減少而損失一部分能量，帶電粒子消耗在原子的電離和激發上的能量，稱為電離損失。補充：

帶電粒子在物質中通過單位長度路徑的電離損失，稱為電離損失率。它描述了帶電粒子使物質的電離或激發程度。

由于帶電粒子的電離作用，在它經過的路徑上留下許多離子對，通常把單位長度上產生的離子對的數目，稱為電離密度或比電離，記作Ip帶電粒子速度小

比電離大帶電粒子的電荷數多

與原子殼層電子的作用力大

比電離大物質的密度大

單位體積的電子數多

與帶電粒子作用的機會多

比電離大α粒子的比電離比β粒子大2.散射和韌致輻射

帶電粒子通過物質時，因受到原子核靜電場的作用而改變運動方向，這種現象稱為散射。散射分為：彈性散射、非彈性散射產生機率隨帶電粒子的能量和物質原子序數增大而增大。帶電粒子X射線

韌致輻射是帶電粒子與原子核發生非彈性碰撞的結果。當帶電粒子接近原子核，受到原子核電場的作用，產生加速度，速度大小和方向均會發生改變，能量減低，多余的能量以X射線的形式輻射出來，稱為韌致輻射。３.

射程和吸收

帶電粒子在物質中運動時，不斷損失能量，能量耗盡后停留在物質中，此時，粒子被物質吸收了，被作用的物質叫做吸收物質或吸收體.

當帶電粒子束從進入物質到完全被吸收沿入射方向穿過的最大距離稱為射線在物質中的射程.

帶電粒子的能量損失率與粒子能量和吸收體的性質有關，故射程也與粒子的能量有關，由此，粒子的能量越高，射程越大；密度大和高Z的物質，射線在其中射程就會越小，或者說，這樣的物質對射線的阻止本領大。射程是比較直觀地描述射線貫穿能力的物理量對于重帶電粒子和輕帶電粒子有很大的差別減弱規律和射程在人體組織中有Rm=1.22*10-3R如圖Ｒ為α粒子在空氣中的平均射程。如圖為電子的強度近似成指數關系衰減。Ｒ(mm)＝２Ｅ(MeV)(鋁）4.

正電子與物質的相互作用

高能正電子進入物質后，將很快速度減小，遇到負電子發生湮沒，同時發出兩個發射方向相差180°的光子。二、光子與物質的相互作用

光子既不帶電，又無靜止質量，因此光子與物質的作用和帶電粒子與物質的作用有很大的差別。

光子趨于在一次碰撞中失去大部分或全部能量，不是直接使物質電離或激發，而是通過產生次級電子使物質電離或激發。對于單色光子束通過物質時，它的強度精確地按指數衰減。光子與物質的作用方式主要有三種：光電效應、康普頓散射、電子對效應此外，還可能發生相干散射(E<1000KeV)、光致核反應和核共振反應(E>30MeV)多發生在低能量：<0.5MeV；光子被物質原子完全吸收后發射軌道電子；脫離軌道的電子稱光電子，還可產生次級電離；原子因電子空位處于激發態,退激時發射標識X線或俄歇電子。X,俄歇e光電子γKL1、光電效應2、康普頓效應多發生在中等能量：0.5-1.0MeV入射光子將部分能量轉移給物質核外電子，并使之脫離原子軌道成為高速運行的康普頓電子,其余部分能量被散射光子帶走。入射γ康普頓e散射γ3、電子對效應發生在能量足夠大的光子：>1.02MeV（兩個電子的靜止質量）；光子在電場作用下被完全吸收，產生一對正負電子；光子能量被正、負電子任意分配帶走(超過1.02MeV，Er轉化為正負電子動能)；

入射γγγ511keV511keVe++e-自由e

光電效應、康普頓散射和電子對效應在物質吸收中的相對重要性Ｚ為物質的原子序數三、中子與物質的相互作用

中子本身不帶電，因此通過物質時與電子發生碰撞的幾率很小，主要與原子核相互作用，不是直接使物質電離或激發，而是通過產生次級電子使物質電離或激發。中子與物質的作用方式只有兩種：１.中子與原子核的彈性碰撞（能量較低）相互作用的本質是核子與核子直接的相互作用。２.中子與原子核非彈性碰撞（能量較高)中子對機體組織的危害相當大造成造血器官衰竭，消化系統損傷，中樞神經損傷。還可以造成惡性腫瘤、白血病、白內障等。中子輻射還會產生遺傳效應，影響受輻射者后代發育。

輻射效應:生物效應:

研究清楚輻射效應的作用機制的意義：2.為放射治療和人體輻射損傷提供醫學診斷和治療提供可靠的科學依據。1.對射線進行有效防護。第五節輻射劑量與防護及測量原理

一、輻射劑量及單位亦簡稱劑量。在放射醫學和人體輻射防護中，用來表示人體接受電離輻射的物理量。

1.照射量照射量：描述X射線和γ射線在空氣中電離能力的量。照射量只對空氣而言，僅適用于X或γ射線。

2.吸收劑量收劑量：單位質量物質接收電離輻射的平均能量。吸收劑量是一個適用于任何類型電離輻射和任何類型受照物質的輻射量。必須注意的是，在應用此量度時，要指明具體涉及的受照物質，諸如空氣、肌肉或者其他特定材料。

3.當量劑量把乘上了適當的修正系數后的吸收劑量稱為當量劑量。

二、輻射防護輻射防護的三原則：指實踐的正當性、防護水平的最優化和個人受照的劑量限值。

發生核事故或放射事故，總的防護原則是“內外兼修”，主要包括體外照射防護原則和體內照射防護原則兩方面。外照射體外輻射源對人體的照射稱外照射。

外照射防護方法有哪三種：一是受照射時間的控制；二是增大與輻射源間的距離；三是采用屏蔽三種方法。

具體措施：當放射性物質釋放到大氣中形成煙塵通過時，要及時進入建筑物內，關閉門窗和通風系統，避開門窗等屏蔽差的部位隱蔽。內照射

進入人體內的放射性核素作為輻射源對人體的照射稱內照射。

控制內照射的基本原則是，防止或減少放射性物質進入體內，對于放射性核素可能進入體內的途徑要予以防范。放射防護的基本原則為保護工作人員免受射線的傷害，國家制定的放射防護條例規定最大允許量為5Rem（測量放射人員受量單位）。放射防護的基本原則是：1、減少受照劑量照射量與源的放射性強度成正比。在不影響工作的情況下，應盡量減少操作人員的受量，使其在國家制定的允許標準之內。2、縮短受照時間照射量隨接觸時間而增加。在保證醫療質量條件下，工作宜迅速，減少在其周圍的停留時間。3、增加輻射距離照射量與距離的平方成反比。可利用長柄工具或機械手遠距離操作，減少放射量，從而起到保護工作人員的作用。4、增加防護屏蔽利用防護屏障可有效地減低照射量。此外，放射工作人員應接受劑量監督，定期做保健檢查。

自然界存在著三種射線：α（阿爾法）、β（貝塔）、γ（伽瑪）射線。人類接受的輻射有兩個途徑，稱為內照射和外照射。Α、β、γ三種射線由于其特征不同，其穿透物質的能力也不同，他們對人體造成危害的方式不同。α粒子只有進入人體內部才會造成損傷，這就是內照射；γ射線主要從人體外對人體造成損傷，這就是外照射；β射線既造成內照射，又造成外照射。

防護α射線：由于α粒子穿透能力最弱，一張白紙就能把它擋住，因此，對于α射線應注意內照射，其進入體內的主要途徑是呼吸和進食時，其防護方法主要是：一防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物；二防止傷口被污染。

防護β粒子：β粒子、其穿透能力比α射線強，比γ射線弱，因此，β射線是比較容易阻擋的，用一般的金屬就可以阻擋。但是，β射線容易被表層組織吸收，引起組織表層的輻射損傷。因此其防護就復雜的多。方法有：（1）避免直接接觸被污染的物品；以防皮膚表面的污染和輻射危害；（2）防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物；（3）防止傷口被污染；（4）必要時應采用屏蔽措施。

防護γ粒子：γ射線穿透力強，可以造成外照射，其防護的施。方法主要有以下三種：（1）盡可能減少受照射的時間；（2）增大與輻射源間的距離，因為受照劑量與離開源的距離的平方成反比；（3）采取屏蔽措施。在人與輻射源之間加一層足夠厚的屏蔽物，可以降低外照射劑量。屏蔽的主要材料有鉛、鋼筋混凝土、水等，我們住的樓房對外部照射來說是很好的屏蔽體。1.氣體電離探測器3.半導體探測器2.閃爍探測器4.熱釋光劑量計

多數探測器是根據射線使物質的原子或分子電離或激發的原理制成，把射線的能量轉換為電流或電壓等信號以供電子儀器獲取。因此，射線探測器也是一種能量轉換器件。據射線在探測器內產生的效應和探測器的工作的介質，主要可分為四種：三、射線的測量原理1、氣體電離探測器（１）電離室(３)蓋革計數管(２)正比計數管氣體電離探測器是通過誘導的電離電流和電荷來探測射線。原理：通常在密閉的容器中充入一定量的氣體，同時在容器中置入兩個電極，并在電極上加上電壓，使其在兩級間形成電場，在正常情況下，氣體是絕緣體，在兩極之間無電荷移動即無電流或電壓。氣體電離探測器包括三個部分：

當有射線時，氣體被電離而產生電子和正離子，在電場的作用下，產生定向移動，從而形成電流或電壓。2、閃爍探測器某些物質在射線的作用下能發光，這些物質稱為閃爍體，利用閃爍體制成的射線探測器稱為閃爍探測器。主要特點：分辨時間短

對γ射線的探測效率高

通常用于測定射線的能量單個粒子在閃爍體中產生的閃光極弱，必須和光電倍增管配合才能將射線的能量轉換成電子信號。因此，閃爍體探測器由閃爍體和光電倍增管組成。核醫學中應用最廣泛的閃爍體是NaI晶體。3、半導體探測器主要特點：具有優良的能量分辨率與氣體中的情況類似，一定能量的入射粒子，在半導體中產生的電子－空穴對總數有漲落。但是，由于產生電子－空穴對的平均電離能（3eV)遠小于在氣體中產生離子對的平均電離能（30eV)，因此同樣能量的帶電粒子，在半導體中產生的電子－空穴對比在空氣中產生的離子對多得多。核醫學中常應用于同時使用多種放射性核素的示蹤研究、放射性藥物的純度檢測、Ｘ熒光分析和中子活化分析等方面。4、熱釋光劑量計主要特點：

而發光強度與晶體所受的劑量成正比，因此測量發光的強度就可以推算出劑量，利用該原理就可以制成熱釋光劑量計。具有晶格結構的固體，常因含有雜質或晶格缺陷形成一些亞穩態能級。當晶體受到射線照射時，電子獲得足夠的能量，就可能躍遷到這些亞穩態能級上被束縛起來，有大約１％的射線能量可以存儲在晶體內部。當晶體被加熱時，這些束縛在亞穩態能級上的電子通過熱運動獲得能量到達不穩定的激發態能級上，立即躍遷回基能級而發射藍綠色的可見光，這個現象稱為熱釋光現象。通常用于測量Ｘ射線、γ射線及較高能量的β射線的吸收劑量。熱釋光劑量元件一經加熱，其內部存儲的輻照信息隨即消失，因而是一種可反復使用的測量元件。

放射治療

射線分析

射線成像放射治療是治療腫瘤的一種有效方法。主要是高比電離的粒子對癌細胞有很大的殺傷力。60Co利用放射性核素作為示蹤劑，從不同角度獲得數據，通過計算機建立圖像。如利用中子活化分析技術對患者的血、尿液和組織樣品作常規分析。利用離子散射技術對牙和骨表面層微量元素及其隨深度分布情況等的分析。第六節放射性核素在醫學上的應用一、示蹤的原理示蹤原子法：臨床診斷：主要是臟器的顯像與功能檢查方面，其基本原理為放射性核素的示蹤作用。

當用某種特定的放射性核素標記的放射性藥物進入人體某種臟器后，其所發射的γ射線能穿出體外，通過顯像儀器可觀察放射性核素在人體臟器中的分布情況，以診斷臟器的病變情況。還可以測量在臟器中或血管中藥物濃度隨時間的變化，以檢查病人的臟器功能。2、診斷的依據

（1）核素成像：正常臟器有選擇性地濃集某種放射性藥物的能力，而病變組織的濃集能力很差，于是在顯像儀器圖上所觀察到的放射性缺損區即為病變區。

（2）體外標本測量：臟器發生病變后，對放射性藥物的濃集和清除速度也將發生變化，即代謝能力的變化，從而影響到標記物在血、尿或糞便中的動態過程。補充：放射性藥物用于診斷1、對放射性藥物的要求對核素的要求除了壽命短，還要γ射線的能量較低，一般以100～300千電子伏為宜。（1）外照射：（2）內照射：4、放射性藥物用于治療的兩種方法3、放射性藥物用于治療

放射性藥物在治療方面，主要是利用射線對肌體組織的生物效應、抑制和破壞病變組織，如抑制腫瘤細胞的生長和擴散來達到治療的目的1、γ照相機１.準直器２.閃爍體（NaI晶體片)３.光電倍增管陣列4.數據處理系統５.顯示系統二、放射診斷成像原理：通過向人體適當部位注射放射性示蹤劑，使帶有放射性的示蹤原子進入要成像的組織，然后測量人體內部放射性核素的三維分布，并在成像平面上投影而獲得圖像。圖像中，每個像素的亮度表示在該像素位置垂直于成像平面方向上含有的放射性核的總和。EmissionComputedTomography，計算機斷層掃描儀.是一種利用放射性核素的檢查方法。

ECT成像的基本原理：放射性藥物引入人體，經代謝后在臟器內ECT外或病變部位和正常組織之間形成放射性濃度差異，將探測到這些差異，通過計算機處理再成像。

ECT的顯像方式十分靈活，能進行平面顯像和斷層顯像、靜態顯像和動態顯像、局部顯像和全身顯像。除此之外，它還能提供臟器的多種功能參數，如時間-放射性曲線等，為腫瘤的診治提供多方位信息。主要用于甲狀腺癌、骨骼等部位腫瘤的檢查，尤其常用于骨轉移性腫瘤的檢測，比普通X線拍片可提前3-6個月發現病變。因此，對一些較易發生骨轉移的癌癥。如乳腺癌、肺癌、前列腺癌、食管癌等，即使沒有骨痛，也可作術前或術后檢查，以期早期發現轉移灶。2、發射型計算機斷層成像(1)SPECT（單光子發射型計算機斷層成像）成像方法分為兩種：縱斷面成像法和橫斷面成像法。具體與γ照相機類似。

單光子發射計算機斷層掃描利用發射單光子的核素藥物如99mTc、133I、67Ca、153Sm等進行檢查。SPECT的基本結構分3部分，即旋轉探頭裝置、電子線路、數據處理和圖像重建的計算機系統。SPECT除顯示腫瘤病灶外，尚可顯示局部臟器功能的變化，如：化療后左心功能、腎功能的改變等。SPECT是單光子發射型斷層掃描儀

通過靜脈注射放射性藥物標記的化合物，觀察此化合物在體內的分布情況，來判斷臟器的功能情況及疾病的特征。其特點是能較高特異性地顯示臟器或病變的血流、功能和代謝的改變，有利于疾病的早期診斷及特異性診斷。例如，骨顯像能早于Ｘ射線半年以上診斷腫瘤骨轉移；前哨淋巴結顯像能確定腫瘤轉移的第一站淋巴結；腎臟動態顯像對腎功能診斷的靈敏度明顯高于Ｘ射線腎盂靜脈造影；甲狀腺形態和功能的診斷及對甲狀腺結節的良惡性質的鑒別具有相當的優勢；肝臟膠體、血流及血池顯像診斷肝海綿狀血管瘤的特異性達100%等。（特異性指某生物存在其他生物所不具備的某些特征的現象。）

前哨淋巴結是原發腫瘤引流區域淋巴結中的特殊淋巴結，是原發腫瘤發生淋巴結轉移所必經的第一批淋巴結。前哨淋巴結作為阻止腫瘤細胞從淋巴道擴散的屏障，其臨床意義已受到人們的重視。在20世紀90年代，乳腺癌前哨淋巴結活檢技術就成為乳腺外科領域里程碑式的進展。這一技術的應用使腋窩淋巴結陰性的乳腺癌病人避免腋窩淋巴結清掃。今年10月底在葡萄牙里斯本召開的歐洲腫瘤學會議上，有關前哨淋巴結的研究報告已不限于乳腺癌，對其他早期惡性腫瘤施行擴大切除范圍的根治性手術也正受到挑戰。進一步縮小手術范圍，減少手術給患者帶來的創傷，提高患者生活質量的癌癥治療發展方向正受到人們的關注。例如前哨淋巴結是乳腺癌淋巴轉移的第一站，乳腺區段切除術加前哨淋巴結活檢術術中在腋下作一小切口并準確地將前哨淋巴結切除、活檢，若病理陰性則結束手術，若陽性則作腋窩淋巴結清掃。因此尋找到前哨淋巴結便成了手術中的一個重要環節。西門子SPETCT2臺(2)正電子發射斷層成像（PET）原理：利用一些放射性核素,如14Ｃ,13N,15O,18F等能發射出正電子，當正電子與負電子相遇時會發生電子對湮滅，產生一對能量為511KeV的光子，其方向相反。在患者身體兩邊相對放置兩個探測器，并連接重合電路，只有當兩個探測器都探測到光子時重合電路才有輸出，這就能準確地探測到正電子湮滅的位置。利用掃描來建立圖像。

正電子發射型計算機斷層掃描(PET)主要用于病灶組織的葡萄糖代謝、蛋白質代主向和氧代謝的研究，在腫瘤學領域應用最為廣泛。目前應用最多的是腫瘤的早期診斷和治療后殘留腫塊的鑒別。腦腫瘤和鼻咽癌放療或淋巴瘤化療后殘存腫塊及肺部和縱隔腫塊的鑒別等常常十分困難，但利用18F-flurodeoxyglucose（目前最常用的PET顯像劑為18F標記的FDG

，FDG是fluorodeoxyglucose脫氧葡萄糖的縮寫

，18F-FDG氟化脫氧葡萄糖

）進行PET顯像，區分其性質則十分容易。如病灶攝取18F-FDG，表明病灶殘留存活的癌細胞，提示為復發；如18F-FDG檢查為陰性則為纖維化。PET的應用：測量局部腦血流量使用PET，根據核素顯像劑在組織中動態分布能顯示出局部腦血容量，局部腦血流量(rCBF)、局部腦糖代謝和腦局部耗氧量情況。這些內容都是相互聯系的。由于測量rCBF簡便、易操作，并與腦代謝密切相關，因此許多研究采用rCBF作為觀察指標。

rCBF多用77Kr(氪

)

，C15O２，H215O，13NH3示蹤標記。一定量的標記核素吸入(77Kr)或靜脈注入(H215O)人體后，立即用PET以一定的時間間隔收集數據6～10min，貯存在存貯器中。通過計算機計算出腦內各層面的局部血流量，再處理成彩色功能圖像，得出腦局部血流量和局部腦功能狀態。放射性核素進入腦細胞的量與局部腦血流量成正比，因此PET也可對局部腦血流量進行定量分析〔1～3〕。在PET對腦功能研究的穩定性實驗表明，不同時日，靜態或動態活動時，PET顯像變化很穩定。由于PET可以使用直接參與細胞代謝的核素，也可觀察腦細胞的活動，甚至觀察大腦在思維活動中的興奮與抑制。使得它的研究達到了細胞和分子水平。放射治療的相關知識－－腫瘤與癌癥腫瘤分兩種，有良性和惡性之分，良性的叫腫瘤，惡性的就叫做癌。簡單的說良性的稱為腫瘤，一旦發展到惡性的就稱為癌。腫瘤細胞腫瘤一詞在醫學專著中的定義為：“腫瘤是人體器官組織的細胞，在外來和內在有害因素的長期作用下所產生的一種以細胞過度增殖為主要特點的新生物。這種新生物與受累器官的生理需要無關，不按正常器官的規律生長，喪失正常細胞的功能，破壞了原來器官結構，有的可以轉移到其它部位，危及生命。”腫瘤可以分為良性腫瘤和惡性腫瘤兩大類，而癌癥則是一類惡性腫瘤。肺癌細胞腫瘤細胞三、腫瘤放射治療

惡性腫瘤從組織學上可以分為兩類：一類由上皮細胞發生惡變的稱為癌，如肺上皮細胞發生惡變就形成肺癌，胃上皮細胞發生惡變就形成胃癌等等；另一類由間葉組織發生惡變的稱為肉瘤，如平滑肌肉瘤，纖維肉瘤等。人們對癌聽得較多，而對肉瘤聽得較少，這與癌病人遠比肉瘤病人為多有關。臨床上，癌與肉瘤之比大約為9：1。癌作為一類惡性腫瘤，是由人體內正常細胞演變而來的。正常細胞變為癌細胞后，就像一匹脫韁的野馬，人體無法約束它，產生所謂的“異常增生”。異常增生是相對于細胞的正常增生而言的。人體細胞有一個生長、繁殖衰老、死亡的過程。老化的細胞死亡后就會有新生的細胞取代它，以維持機體組織和器官的正常功能。可見，人體絕大部分細胞都可以生。但是這種正常細胞的增生是有限度的，而癌細胞的增生則是無止境的。正是由于這種惡性增生，使人體大量營養物質被消耗。同時，癌細胞還能釋放出多種毒素，使人體產生一系列癥狀。如果發現和治療不及時，癌細胞還可轉移到全身各處生長繁殖，最后導致人體消瘦、無力、貧血、食欲不振、發熱及臟器功能受損等，其后果極為嚴重。放射治療的概述腫瘤放射治療是利用放射線如放射性同位素產生的α、β、γ射線和各類x射線治療機或加速器產生的x射線、電子線、質子束及其它粒子束等治療惡性腫瘤的一種方法。腫瘤放射治療(簡稱放療)就是用放射線治療癌癥。放射治療已經歷了一個多世紀的發展歷史．在倫琴發現X線、居里夫人發現鐳之后，很快就分別用于臨床治療惡性腫瘤，直到目前放射治療仍是惡性腫瘤重要的局部治療方法。大約70%的癌癥病人在治療癌癥的過程中需要用放射治療，約有40%的癌癥可以用放療根治。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出。放射治療已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一。放射療法僅有幾十年的歷史，但發展較快。由于超高壓治療機的使用，輔助工具的改進和經驗的積累，治療效果得到顯著提高，目前已成為癌癥治療中的最重要手段之一。我國約有70%以上的癌癥需用放射治療，美國統計也有50%以上的癌癥需用放射治療。放射治療幾乎可用于所有的癌癥治療，對許多癌癥病人而言，放射治療是唯一必須用的治療方法。

放射治療

成千上萬的人單用放射治療或并用放射治療、手術治療、化學治療和生物治療后，治愈了他們的癌癥。醫生在病人手術前，可以用放射治療來皺縮腫瘤，使之易于切除；手術后，用放射治療來抑制殘存癌細胞的生長。體內照射體內照射又稱為近距離放射治療。這種治療技術把高強度的微形放射源送入人體腔內或配合手術插入腫瘤組織內，進行近距離照射，從而有效地殺傷腫瘤組織。治療技術涉及腔管、組織間和術中、敷貼等多種施治方式。這一技術發展很快，它可使大量無法手術治療、外照射又難以控制或復發的病人獲得再次治療的機會，并有肯定的療效。而正常組織不受到過量照射，以避免嚴重并發癥，成為放射治療技術上的一個焦點。過去，后裝技術僅能用于婦科腫瘤治療，最新一代后裝治療機已把這種技術擴大應用到鼻咽、食管、支氣管、直腸、膀胱、乳腺、胰腺、腦等腫瘤。這種新技術與其他治療方法配合，逐步形成了很有發展前途的綜合治療手段，在應用中均取得了明顯的效果。放射治療的種類放射治療主要有兩種形式：體外和體內。某些病人接受兩種形式的放射治療。：使某種放射性藥物濃集到病變處。

放射性粒子植入治療腫瘤，是指在B超或CT引導下，可精確地將放射性粒子均勻地置入腫瘤周圍，通過放射性粒子持續釋放射線來達到最大限度地殺傷腫瘤細胞的作用。腫瘤放射性粒子置入治療由三個部分組成：①放射性粒子，如198Au、125I和103pd。②三維治療計劃系統，保證粒子置人后在空間分布上與腫瘤形狀、大小一致。③粒子置入裝置，包括特殊的置人槍、導管和同位素儲存裝置等。放射性粒子可通過術中置入，也可通過B超或CT引導下穿刺置入。放射性粒子置入具有創傷小、腫瘤靶區劑量分布均勻和對周圍正常組織損傷小、價格低廉、操作簡便等特點，臨床上有廣闊的應用前景，將造福于腫瘤病人。美國Cooper大學醫學中心放射治療學院用大分子白蛋白(MAA)作為"生物膠"，可使注入瘤體內32p安全地潴留在腫瘤內。此方法操作很簡單，在CT指導下醫生用帶有1cm塑料護手板的活檢穿刺針插入腫瘤中心，然后用兩套注射器，先注人生物膠MAA，再注入32P，借助于壓力使注入物從腫瘤中心向邊緣擴散。此技術用于失去手術機會的胰腺癌、大腸癌肝內轉移和晚期頭頸部惡性腫瘤，可使腫瘤"融化消失"達數月之久。體外照射：體外照射又稱為遠距離放射治療。這種照射技術是治療時，放療機將高能射線或粒子來瞄準癌腫。用于體外照射的放射治療設備有X線治療機、Co60治療機和直線加速器等。60鈷治療機和直線加速器一般距人體80～100cm進行照射。單純從身體外部進行放射治療有一定的局限性，即使在足量照射的情況下，總有一部分腫瘤局部復發。1.鈷-60治療機60鈷是一種人工生產的放射性核素。“鈷炮”是以60鈷做放射源，用γ射線殺傷癌細胞，對腫瘤實施治療的裝置。

60鈷機由下列部分組成，一個密封的放射源；一個源容器及防護機頭；具有開關的遮線器裝置；具有定向限束的限光筒，支持機頭的機械系統及其附屬的設備和一個操縱臺構成。利用的射線從體外照射，可治療體內和淺表的腫瘤，用制成膏狀的敷貼劑，貼在病變處，利用β射線，可治療體表疾病。其優點是：

1）射線穿透力強即可治療相當深度的腫瘤

2）保護皮膚60鈷射線在皮下4～5毫米處能量的吸收最大，表皮劑量相對較小。