99mTc与99Tc互为同质异能素。
放射性核衰变
• 不稳定核素的原子核能自发地发生核内成分或能
态的改变而转变成另一种核素，同时释放一种或 一种以上的射线。
• 这种变化过程称为放射性核衰变，简称核衰变。 • 这种不稳定的核素称为放射性核素。放射性核素
按其来源可分为天然和人工两大类。
• 原子核能稳定地存在，不会自发地发生变化的核
中子 质子 电子
原子核
• 原子核由质子和中子组成，它们统称为核子。
• 通常采用 XN表示原子的结构，其中X代表元素符号
，Z代表质子数，N代表中子数，A代表原子的质量数 ，因为元素符号本身就确定了质子数，N=A–Z, 故原 子结构亦可简便地只记元素符号和质量数AX，如131I 、18F。
• 质子带一个正电荷，中子呈电中性，核外电子带负
第1章 核医学物理基础
2014-2-17
核医学
核医学 物理基础
第一节
核物理基本概念
第二节
核衰变方式
第三节
放射性核衰变的基本规律
第四节
射线与物质的相互作用
第一节
•核物理基本概念
原子和原子结构
• 原子（atom）是构成元素的基本单位，不同元素的原子具
有不同的性质，但是原子的基本结构大致相同。
每层能容纳的电子数为2n2 （n代表第几壳层）
能；
2. β+衰变时核内需要1.022MeV的能量来形成一个
电子使质子转化成中子，并释放出一个正电子。
3. 在为电子俘获衰变时吸引核外电子进入核内提供
能量，间接为X射线和俄歇电子提供动能；
4. 提供能量使衰变的核处于激发态，这是γ跃迁的
前提。
第二节
•核衰变方式
放射性衰变的类型
同一种核素化学性质和核性质均相同，是某一 原子固有的特性征。
同位素
凡原子核具有相同的质子数而中子数不同的元素 互为同位素。
如125I、131I、132I均有53个质子，但中子数不同， 在元素周期表中处于同一位置，是同一元素-碘元 素。
一种元素往往有几种甚至几十种同位素。一个元 素所有同位素，其物理性质可能有所不同，但都 具有完全相同的核外电子结构，大部分同位素化 学和生物性质基本相同。
因此，医学上才能利用核探测的高灵敏性，以放射性同位 素标记生物活性物质或药物等进行实验研究和诊断疾病。
同质异能素 核内中子数和质子数都相同但能量状态不同的核 素彼此称为同质异能素。
在核素右上角加上一个字母m，表示处于激发态 （excited state）或亚稳态（metastable state）。如 99Tcm ，也常写成99mTc
元素、核素、同位素、同质异能素
元素:凡原子核内的质子数相同的一类原子称为一 种元素。现已发现100多种元素。
元素、核素、同位素、同质异能素
元素 凡原子核内的质子数相同的一类原子称为一种
元素。现已发现100多种元素。
核素 原子核ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质子数、中子数和原子核所处的能量
状态均相同的原子属于同一种核素。现在已知有 2000多种核素。
素称为稳定性核素。（一般以半衰期109年为界）
放射性核衰变
226Ra放出的三种射线在电场中的表现
核稳定性的影响因素
核稳定性的影响因素
1. 原子核中子和质子的数目保持一定的比例才能稳定，不
会自发地发生变化而稳定地存在。
2. 原子量较小的核素，N/Z=1时原子核是稳定的。 3. 当质子数较多时（一般为Z＞20），质子数多了，斥力增
• 核科学中常用的能量电子单位为电子伏特(eV)。
1eV是在电压为1V的两点间移动一个电子时电场 力所做的功。1eV=1.6021892×10-10J。
• 1u物质转化为相应的能量为931.478Mev，一个电
子相应的能量为0.511006MeV
衰变能
衰变能的去向：
1. 为α，β-，β+衰变时发射的α，β-，β+粒子提供动
• 广义的质量亏损：体系变化前后静止质量之差。 • 放射性核素衰变前后的静止质量总是有差异的，
且衰变产物的全部质量小于放射性核素母体原有 的质量，故所有核衰变存在质量亏损。
衰变能
• 质量亏损按爱因斯坦的质能联系定量（也称质能
守恒定律）转化为能量，即E=mc2 （其中c为真空 中的光速），转变产生的能量称为衰变能。
• 处于激发态的核都不稳定，会释放出过剩的能量而
回到基态。
核外电子的能量状态
• 核外电子首先占据能量低的状态，即称为基态。
• 原子在加热或受射线照射时，内层电子就可能获
得能量而跳跃到能量较高的外层上，这样的状态 称为激发态。
• 处于激发态的原子不稳定，会释放能量使外层电
子跃迁到内层、整个原子即从激发态回到基态。
原子核便不稳定。
核稳定性的影响因素总结
① 中子质子比例不平衡， 主要发生β衰变；
② 核子总数过多： （Z＞82），均为放射性 核素，主要发生α衰变。
质量亏损
• 原子核的质量总是小于组成它的核子的质量之和
，这一差值称为原子核的质量亏损。
• 自由核子结合成原子核的时候，有能量释放出来
，这种能量称为原子核的结合能。
原子和原子结构
氢原子只有一个电子，其质量为 9.108*10-28g ，它的原子核（只有1 个质子）质量为1.672*10-24g ，原子 核的质量是核外电子的1836倍。
一般用原子核的质量数代表整个原 子的质量。
国际上统一规定将126C的1/12作为原 子质量单位（atomic mass unit, u）。 质子、中子和电子的静止质量分别 为 1.007276470u、1.008665012u， 0.00054858026u
电荷，原子核的正电荷(质子)数目与核外电子数相 等，所以原子本身呈电中性。
原子核的能量状态
• 原子核的能级：原子核中的核子在不断运动，原子
核因核子运动状态不同而处于不同的能量状态。
• 一般情形下，原子核都处于能量最低的状态，称为
基态。
• 在一定条件下(如核衰变)，原子核可暂时处于较高
能量的状态，称为激发态。
大，必须有更多的中子使核力增强，才足以克服斥力， 保持核稳定，N/Z可达1.5左右。
4. 如果质子数太多，无论怎样改变中子质子比例，也无法
使核保持稳定，故天然存在的原子序数大于82的核素均 为放射性核素。（如83号元素Bi在2003年被发现有极其微弱的放 射性）
5. 原子核中质子数过多或过少，或者中子数过少或过多，