肿瘤放射物理学1省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,程品晶,（cheng-pj),核科学技术学院,放射物理学,第1页,第一章 核物理基础,第2页,第一节 基本概念,一、原子结构,中心是带正电原子核,核周围是带负电电子在绕核运动,原子核:质子和中子组成，质子带正电荷e，中子不带电，质子和中子统称为核子。,第3页,元素、核素、同位素和同质异能素,元素：,质子数相同原子称为一个元素，它们原子序数相同，所以含有相同化学特征。但其原子核中中子数能够不一样，因而物理特征可有一些差异。,到当前为止，天然和人工合成元素有109种，组成,元素周期表,。,第4页,核素：,质子和中子数相同，质量数相同，并处于同能量状态原子，称为一个核素，比如:,为5种不一样核素。当前已知核素有2300各种，分别属于100各种元素。,、,第5页,同位素：,质子数相同而中子数不一样，称为元素同位素，比如:,同质异能素：,核内中子数和质子数都相同，但核所处能态不一样核素互为同质异能素。,比如：正常钴元素和镤元素表示为,60,Co和,234,Pa，它们同质异能素则表示为,60,Co,m,和,234,Pa,m,等。,和,互为氢同位素。,第6页,二、原子、原子核能级,几个量子数：,n,l,m,ms,零势能要求：,习惯上要求当电子与核相距无穷远时，电子所含有势能为零。所以，当电子填充核外某一个壳层时，其势能为负值。,基态：,电子填充壳层时按照从低能到高能次序进行，以确保原子处于最低能量状态。因为内层电子对外层电子含有屏蔽效应，所以实际电子填充壳层时，会出现,能级交织,，而不是按壳层次序逐一填充。,第7页,电子壳层结构,壳层,能级次序,各能级电子数,满壳层电子总数,K,L,M,N,O,P,Q,1s,2s，2p,3s，3p,4s，3d，4p,5s，4d，5p,6s，4f，5d，6p,7s，5f，6d，,2,2，6,2，6,2，10，6,2，10，6,2，14，10，6,2，14，10，.,2,10,18,36,54,86,第8页,激发态：,当电子取得能量，从低能级跃迁到高能级而使低能级出现空位时，称原子处于激发态。,结合能：,当一个自由电子填充壳层时，会以发射一个光子形式释放能量，能量大小等于壳层能级能量绝对值，这些能量称为对应壳层结合能。结合能随n、l增大而减小，对于同一个能级，结合能随原子序数增大而增加。,第9页,特征辐射与俄歇电子：,处于激发态原子很不稳定，高能级电子会自发跃迁到低能级空位上，从而使原子回到基态。两能级能量差值一个可能是以电磁辐射形式发出，这种辐射称为特征辐射，当特征辐射能量足够高，进入X射线能量范围时，又称为,特征X射线,；另一个可能是传递给外层电子，使之脱离原子束缚成为自由电子，这种电子称为俄歇电子，它能量等于对应跃迁X射线能量减去该电子结合能。,第10页,第11页,三、原子、原子核质量,原子质量单位定义：,1u 原子质量,相对原子质量：,原子质量以u为单位时测量得数。,阿伏加德罗定律：,1摩尔任何元素物质包含有N,A,（6.02210,23,）个原子。,摩尔质量：,1摩尔物质质量，其数值等于相对原子质量，单位为（g/mol）。,第12页,单位体积中电子数,每克原子数,每克电子数,全部元素（氢除外）,四、电子密度、每可电子数,单质,单位体积中原子数,为0.5，而且随原子序数增加而略有减小。,近似,第13页,第二节 放射性,一、原子核稳定性,影响核素稳定原因以下：,1、中子数与质子数之间百分比关系,2、核子数奇偶性,3、重核不稳定性,原子序数小于82元素最少存在一个稳定核素，而原子序数大于82元素都不稳定，会自发放射出粒子或自发裂变而成为铅（Z82）同位素。,第14页,二、衰变类型,放射性、放射性衰变、放射性核素,原子核衰变，主要有三种类型，即、衰变和跃迁。,（一）衰变,粒子是氦原子核，它由2个质子和2个中子组成。衰变反应式以下：,MeV,第15页,（二）衰变,衰变包含3种类型：,-,衰变、,衰变、轨道电子俘获。,1、,-,衰变：,核内中子多，n变P，放出一个负电子。,称为反中微子,第16页,-,能谱特点：两端低、中间高连续谱分布。,第17页,2、,衰变:,核内质子多，P变n，放出一个正电子。,注：式中代表中微子。,能谱特点：,粒子能谱与,-,粒子能谱一样也是连续。,第18页,3、轨道电子俘获,原子核从核外壳层中俘获一个轨道电子使核内一个质子转变为中子，同时放出中微子过程称为轨道电子俘获。,第19页,（三）跃迁和内转换,伴随或衰变后发生。,内转换：,有些原子核进行跃迁时不放出射线，而把激发态跃迁到较低激发态或基态时释放出来能量直接交给核外壳层电子（主要是K层电子），使该电子释放出来成为自由电子，这个过程称为内转换，发射出电子称为内转换电子。,例：,（E,=0.141MeV）,是,同质异能素。,注：,第20页,三、放射性度量,放射性指数衰变规律：,放射性活度：,是指一定量放射性核素在一个很短时间间隔内发生核衰变数除以该时间间隔之商。公式表示以下：,活度国际单位是贝可勒尔（Bq）。旧单位是居里（Ci）。,1Ci3.710,10,Bq3.710,10,核衰变/秒,为衰变常数,第21页,半衰期：,放射性核素其原子核数目衰减到原来数目二分之一所需时间（T,1/2,）。半衰期与衰变常数关系为：,T,1/2,单位是秒，对半衰期长核素能够用分（min）、天（d）、年（a）。,第22页,平均寿命（,）：,是指放射性原子核平均生存时间。,放射性比活度：,单位质量放射源放射性活度，单位是Bq/g。衡量放射性物质纯度指标。,第23页,例：,一台,60,Co,治疗机源初装时活度为111TBq（3000Ci），使用5年、10年后源活度还剩多少？,解：将A,0,111TBq，T,1/2,5.27a，t5a，代入,得,，,。,第24页,四、递次衰变和放射平衡,递次衰变：,放射性核素转变为稳定核素时往往要经过屡次衰变才能完成，这种衰变称为递次衰变。衰变过程中形成核素系列称衰变系列。,比如，,转变为,需经4次,衰变,递次衰变时任一子体随时间改变不但与此次衰变衰变常数相关，而且与前面全部衰变衰变常数相关。,第25页,放射性平衡：,假如母体半衰期大于子体半衰期，当经过足够长时间后，子母体间放射性活度将保持固定百分比，这么一个状态称为放射性平衡。当放射性平衡出现后，子体衰变速度将与母体相同。,第26页,五、人工放射性核素,在医学中有广泛应用，如钴-60、锝-99、锶-90、铱-192等。,制备路径：,（1）反应堆中强中子束照射靶核，靶核俘获中子而生成放射性核；（主要起源）,（2）中子引发重核裂变，从裂变碎片中提取放射性核素，这么制备出来核素是丰中子核素，通常含有,衰变。,（3）用高能加速器产生放射性核素，这么制备出来是缺中子核素，通常含有,衰变，但多是短寿命。,第27页,普通应选择照射时间小于5个半衰期。,人工放射性核素生产曲线：,第28页,小结：,1基本概念,元素，核素，同位素，原子量，基态，激发态，特征X射线，原子结构和能级，原子核结构和能级，阿伏加德罗定律，电子密度，每克电子数。,2放射性,原子核稳定性，衰变类型，放射性指数衰变规律，放射性活度，半衰期，衰变常数，平均寿命，递次衰变，放射平衡，放射性比活度，人工放射性核素生产路径和其生长规律。,第29页,作业1：,名词解释：,特征辐射、放射性活度,问答题：,1、哪些原因会影响核素稳定性？,2、10000Ci,60,Co源有多少个,60,Co放射性原子?其质量为多少克?,3、,60,Co半衰期为5.27年，衰变到1/10用多长时间?,4、说明处于激发态原子核其释放能量方式？,第30页,第31页,