β 衰变
• 核衰变时放射出β 粒子或俘获轨道电子 的衰变。 • β 衰变后核素的原子序数可增加或减少 ，但质量数不变。 • 分β － 衰变、β ＋ 衰变和电子俘获三种 类型。 • β 粒子的速度为20万km/s。
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β
－衰变
• 衰变时放射出β － 粒子。核内中子过多造 成的不平衡。中子转化为质子的过程。
• 衰 变 常 数 ： 某种放射性核素的核在单位 时间内自发衰变的比率； • 它反映该核素衰变的速度和特性；λ 值 大衰变快，小则衰变慢，不受任何影响 。
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衰变公式
• 衰变公式：Nt=Noe-λ t • 特性：不同的放射性核素有不同的λ ； • 共性：任何放射性核素的衰变原子核数 目随时间增长按指数规律减少；
N t
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logN
t
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半衰期 half life
• 物理半衰期（physical half life，T1/2） • 在单一的放射性核素衰变过程中，放射 性活度降至原来一半所需的时间； • 长者可达1010a，短者仅有10-10s。 • 半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。
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核衰变类型（nuclear decay)
• α 衰变 • 核衰变时放射出α 粒子的衰变。 A X--A-4 Y+4 He+Q Z Z-2 2

γ
4He
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α 粒子特性
• α 粒子实质上是He原子核， • α 衰变发生在原子序数大于８２的重元素核素 。 • α 粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s， 2s绕地球１周。 • 在空气中的射程约为３－８cm，在水中或机体 内为0.06-0.16mm。 • 因其射程短，一张纸即可阻挡 • 但α 粒子的电离能力很强。 2018/11/11 5
β
－
np+e-
γ
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β
－粒子的特性
• β －粒子实质是负电子； • 衰变后质量数不变，原子序数加１。 • β －粒子的能量分布从0～最大具有连续 能谱，穿透力比a粒子大； • 电离能量比a粒子弱，能被铝和机体吸收 。
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β
＋衰变
• 衰变时放射出β ＋ 粒子。核内中子过少致 不平衡。质子转化为中子过程
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放射性活度 radioactivity
• 一定量的放射性核素在一很短的时间间 隔内发生核衰变数除以该时间间隔。 • 即单位时间的核衰变数目； A=dN/dt • 单位：s-1 ，专用名：贝可（Becquerel ， Bq） 1Bq=1S-1 • 衍生单位： KBq 、 MBq 、 GBq(10亿)、TBq 。
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γ 射线特性
• γ 射线为光子流，不带电，穿透力强， 电离能力弱； • γ 射线在真空中速度为30万km/s。
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三种衰变的比较
• α 衰变质量、质子数都变； • β 衰变质子数变，质量数不变； • γ 衰变质子、质量数都不变，而能量改 变。
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• 有效半衰期(effective half life)： • 当某生物系统中，某种指定的放射性核 素的量，由于放射性衰变和生物排出的 综合作用，而近似地按指数规律减少时 ，该核素的量减少一半所需时间。 Te=T1/2*Tb/(T1/2+Tb)
• 例：I-131在甲状腺的Te计算，I-131物理T1/2 为8.1天，设Tb为７天； Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。
核医学物理基础
Basic Physics of Nuclear
Zhang Yongxue
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几个基本概念或定义
• Nuclide:具有特定质量数、原子序数与 核能态,且半衰期足以能被观测的一类原 子。 • Isotope:具有相同原子序数，而质量数 不同的核素。 • Isomer: 有相同质量数和原子序数，处 于不同核能态的一类核素。
特征X线 γ
Auger 电子
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P+e- n
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γ 衰变与内转换
• γ 衰变是伴随其它衰变而产生； • 核素由激发态向基态或高能态向低能态 跃迁时放出γ 射线的过程也称为γ 跃迁 (γ transition) ； γ 衰变后子核质量数 和原子序数均不变，只是能量改变。
γ 内转换电子
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0.693 0.693 -0.693t λ = ------ T1/2= ---- A=Aoe -----T1/2 λ T1/2 生物半衰期(biological half life) • 在某生物体系中，某种指定化学元素的 排出速率近似地按指数规律减少时，由 于生物过程使其在此系统中减少至一半 所需时间。
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Stable & radionuclide
★前者稳定存在，不会自发地变化
★后者不稳定，自发放射出射线，转变为另一种 核素，是否稳定取决于核内中子与质子比率。 • P<20的核素，n:p＝１才能稳定。 • P>20的核素, n:p> １才能稳定。 • P>83的核素，核力不能与质子间的斥力保持平 衡，故全是不稳定的放射性核素。 • P<82的核素，天然的放射性核素很少，多由人 工生产。
β
＋
p n+e+
γ
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Байду номын сангаас
β
＋粒子的特性
• β ＋粒子实质是正电子； • 衰变后子核质量数不变，但质子数减１ ； • β ＋也为连续能谱； • 天然核素不发生β ＋衰变，只有人工核素 才发生。
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电子俘获(electron capture,EC)
• 核衰变时俘获一个轨道电子。它是核内中子数 相对不足所致。从内层轨道（K ） 俘获一个电 子，使核内一个质子转化为一个中子。
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核衰变规律
• 放射性核素是不稳定的，它要自发地发 生衰变而变成新元素的核。 • 放射性原子核并不是同时衰变的，对于 某一个原子核而言，何时衰变是各自独 立没有规律的，但对于某一种原子核的 群体而言，它的衰变是有规律的，即原 子核数目随时间增长按指数规律减少。
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Decay constant(λ )