一绪论核物理与辐射防护基本知识PPT课件

检验核医学绪论及核物理与辐射防护基本知识管超楠 检验核医学（laboratory nuclear medicine） 01核 素 示 踪体 外 放 射 分 析 02spect/ctpet/ctpet/核 磁 03GD甲 亢甲 状 腺 癌真 红 细 胞 增 多 症 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 检验核医学的由来 1896年 法国物理学家 贝克勒尔 Henri Becquerel 天然铀的放射性 1923年 赫维塞 Hevesy 首次使用3 2P当做示踪剂 1959年 Berson和Yalow 创建了放射免疫分析技术 免疫放射分析 酶的放射分析 核物理基础知识 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-amu1 amu相当于1/12的1 2C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 质子带1e电荷；核外电子带1e-电荷 1e=4.8028*10- 1 0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 核素原子核内质子数相等的一类核，称为元素element1 1H、2 1H、3 1H;9 9 4 3Tc、9 9 m 4 3Tc。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。衰变几率半衰期半衰期1，000，000，000，000，000年 核衰变衰变-释放粒子的衰变通式： A ZX A - 4 Z - 2Y + 4 2He + Q 母核 子核 粒子 聚变能 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 短衰变-释放或捕获电子的核衰变 _通式： A ZX A Z 1Y + 0 1e + Q + v（v） 母核 子核 粒子 聚变能 正反中微子 -粒 子 穿 透 能 力 教 粒 子 强 ， 射 程 长 ， 但 电 离 能 力 弱 ， 能 被 铝 箔 或 组 织 吸 收 。 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+en+v的转变，达到稳定的核结构衰变：处在激发状态的子核，撤退到基态，多余的能量以光子形式释放。在衰变的过程中，子核的Z和A均不变，称为同质异能跃迁，简称跃迁衰变通式： A m ZX A ZX + h 激 发 态 母 核 基 态 子 核 光 子 （ 射 线 ） 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. 131I发射 和 射线2. 物理半衰期8.04天3. 射线能量0.364 Mev4. 射线射程几米5. 射线能量0.61 Mev6. 射线在组织内射程2-4mm 、三种射线本质 射线：带正电荷的高速运动粒子流，电量2e+，质量4amu，氦原子核，质量重很容易被物质吸收 射线：高速运动电子流，可以穿透几毫米铝板，电离能力强 射线：一种光子流，本质属于电磁波，性质接近x射线，具有极强穿透力，无直接电离能力 放射性衰变基本规律衰变常数与衰变公式 每个原子核的衰变是独立的，但是由多个核组成的放射性物质，核衰变却表现出一定的规律： 衰变时间和衰变的原子核数目成正相关 N/t=-N 是比例常数，称为衰变常数decay constant，物理学意义单位时间内核的衰变几率。每种放射性核素都具有固定常数 半衰期t 1/2：放射性原子核数因衰变而减少一半所经历的时间 =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*101 0次核衰变： 1Ci=3.7*101 0Bq37GBq1mCi=3.7*10 7Bq=37MBq1Ci=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：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。 轫致辐射 bremsstrahlung radiation1. 带电粒子的能量越大，产生轫致辐射的几率越大；（32P14C3H）2. 轫致辐射的产生与物质的Z2成正比；3. 轫致辐射的产生与带电粒子的m2成反比。 3 2P 敷贴治疗 3 2P关节腔注射，真红细胞增多症 契伦科夫辐射Cerenkov radiation：高能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vc/n（c为光在真空中的速度，n为介质的折射率），则在粒子经过的径迹上，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：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。 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用光电效应 photoelectric effect：当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。)光电效应的发生几率与物质原子序数四次方（Z4）成正比；与射线能量三次方（E3）成反比。低能射线入射高Z物质，光电效应发生几率最大。光电效应最重要的应用防护 射线与物质相互作用康普顿效应 compton effect：高能量射线入射物质，与核外电子（外层轨道）发生非弹性碰撞，一部分能量传递给电子，使成为自由电子（康普顿电子），而射线仍有剩余能量在物质内改变运动方向。 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的射线入射物质后，射线受到原子核的核力场作用转化为一对正负电子，而射线消失，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） 射线与物质的相互作用射线的吸收由于射线与物质的相互作用产生光电效应、康普顿效应、电子对生成而导致射线能量减弱的现象。 射 线 与 物 质 作 用 的 三 种 效 应 比 较射 线 与 物 质 光 电 效 应 康 普 顿 效 应 电 子 对 生 成射 线 能 量 低 能 0 .0 6 MeV 中 能 0 .2 -2 .0 MeV 高 能 2 .0 MeV作 用 物 质 原 子 序 数 高 低 高物 质 的 密 度 高 高 高 作 用 发 生 部 位 内 电 子 层 轨 道 外 电 子 层 轨 道 核 附 近效 应 产 生 结 果 一 个 光 子电 子 空 位 填 补 而 发 射 X线 一 个 反 冲 电 子一 个 散 射 光 子 一 个 负 电 子一 个 正 电 子 进 而 湮 灭 出两 个 次 级 光 子 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。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。比如：遗传效应、致癌效应确定性效应（deterministic effect):辐射效应发生的严重程度与辐射剂量大小成正比、具有剂量阈值的效应。比如：皮肤损伤、造血功能障碍、生育能力下降和白内障。 电离辐射防护基本知识影响辐射生物效应的主要因素一，与辐射有关的因素1，射线种类-电离能力2，吸收剂量与吸收剂量率-单位时间机体接受照射剂量3，照射条件：照射方式、照射部位、照射范围和分次照射。二，与机体有关的因素1，生物种系2，生物个体 3，组织细胞以及组织细胞内环境 电离辐射防护基本知识常用辐射量当量剂量（equivalent dose，HT):按辐射的质加权后，某一组织或器官的吸收剂量。衡量不同辐射对机体危害程度的物理量。SI=J*kg-1，专名为希沃特Siever t，简称希伏Sv，与旧制单位rem换算关系为1Sv=100rem。有效剂量 effective dose：在全身均匀照射的情况下，人体各组织或器官的当量剂量与相应的组织权重因数乘积的和，用E表示。组织或器官组织权重因数（W T）性腺0.2；红骨髓0.12；结肠0.12；肺0.12；膀胱0.05；乳腺0.05；甲状腺0.05；皮肤0.01；骨表面0.01 电离辐射防护基本知识常用辐射量照射量（exposure)：在质量为dm的空气中，X线或线释放的全部次级电子被空气完全阻止时，所形成的同种符号离子的总电荷绝对值为dQ，dQ除以dm的值，称为照射量，用X表示，国际制单位(SI)C*kg- 1，旧制单位伦琴(R)的换算关系：1C*kg- 1=3.876*103R照射量率(exposure rate):单位时间内的照射量。SI=C*(kg*s）- 1吸收剂量（absorbed dose）：单位质量物质吸收任何电离辐射的平均能量。用D表示，SI=J*kg- 1 ，符号为Gy，1Gy=1J*kg - 1，旧制单位rad，1Gy=100rad。吸收剂量率：单位时间吸收剂量，SI=Gy*s- 1 电离辐射防护基本知识放射卫生防护一，放射卫生防护基本法规放射防护基本原则 实践的正当化; 防护的最优化; 个人剂量限值剂量限值:受控实践使个人受到的有效剂量或当量剂量不得超过的值，限制随机效应发生的几率。剂量限值体系： 基本限值：年有效剂量限值、器官或组织的年当量剂量限值和次级限值； 导出限值：应实际工作需要，由基本限值推导出的限值 管理限值： 参考水平： 电离辐射防护基本知识外照射防护（、X、硬和中子源等射线）控制放射源的质和量控制受照时间-时间增加放射源与所关心点的距离-距离设置屏蔽-屏蔽 电离辐射防护基本知识内照射防护开放型的放射性源，可能通过呼吸道、消化道、皮肤侵入机体。放射性工作场所分级 开 放 型 源 工 作 场 所 分 级 1mCi=3.7*107Bq=37MBq级 别 日 等 效 最 大 操 作 量 Bq甲 4 *1 0 9乙 2 *1 0 7 4 *1 0 9丙 豁 免 活 度 值 以 上 2 *1 0 7 电离辐射防护基本知识工作场所的区域划分 控制区； 监督区； 非限制区。 电离辐射防护基本知识放射性核素的安全操作与管理 操作时，穿戴防护服，佩戴个人剂量计 个人防护用品保持清洁和完整 严禁在场所内进食，饮水，吸烟和存放食物 小心使用玻璃制品 不准用有机溶剂洗手或涂抹皮肤（乙醚、氯仿、乙酸乙酯和甲苯） 甲级场所工作完毕后，严格执行卫生通过制度 操作液体放射性物质必须在铺有吸水纸的瓷盘内进行 凡装有放射性物质的容器，标明标签 工作完毕后进行场所监测 低能量放射性核素放免药盒可在一般实验室操作 电离辐射防护基本知识 放射性废物处理一，放置衰变法半衰期60d，10个半衰期后，监测比活度，达到标准后排放二，稀释排放法浓度较小的放射性气体三，浓缩贮存法焚烧等缩小体积，保存进惰性固体介质中固化 电离辐射防护基本知识 、三种射线本质 射线：带正电荷的高速运动粒子流，电量2e+，质量4amu，氦原子核，质量重很容易被物质吸收 射线：高速运动电子流，可以穿透几毫米铝板，电离能力强 射线：一种光子流，本质属于电磁波，性质接近x射线，具有极强穿透力，无直接电离能力 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 。 契伦科夫辐射Cerenkov radiation：高能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vc/n（c为光在真空中的速度，n为介质的折射率），则在粒子经过的径迹上，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：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。 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的射线入射物质后，射线受到原子核的核力场作用转化为一对正负电子，而射线消失，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） 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。比如：遗传效应、致癌效应确定性效应（deterministic effect):辐射效应发生的严重程度与辐射剂量大小成正比、具有剂量阈值的效应。比如：皮肤损伤、造血功能障碍、生育能力下降和白内障。 电离辐射防护基本知识 放射性废物处理一，放置衰变法半衰期60d，10个半衰期后，监测比活度，达到标准后排放二，稀释排放法浓度较小的放射性气体三，浓缩贮存法焚烧等缩小体积，保存进惰性固体介质中固化