核物理與輻射防護(hù)基礎(chǔ)知識

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1、上篇檢驗(yàn)核醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識與方法學(xué)第一章核物理與輻射防護(hù)基礎(chǔ)知識.核醫(yī)學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科都是研究核素及其相關(guān)技術(shù)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的理論與方法的科學(xué)。因此，學(xué)習(xí)和從事檢驗(yàn)核醫(yī)學(xué)的人員，必須掌握并科學(xué)、合理、規(guī)范地應(yīng)用這門學(xué)科的基礎(chǔ)知識，必須對核物理學(xué)及核輻射防護(hù)的基本知識有清晰的認(rèn)識。第一節(jié)核素與核衰變一、核素（一）原子核組成任何一種物質(zhì)都是由許多同樣的分子組成。分子是由相同的或不同的原子結(jié)合而成，而原子是任何一種化學(xué)方法都不能分解的最小粒子。分子是保持該物質(zhì)基本化學(xué)性質(zhì)的最小個(gè)體。它的種類雖然是無窮無盡的，但它們都是由100多種基本成分組成的。這些基本成分叫元素，元素的最小單位是原子。各種元素的原子，其

2、組成不同，但結(jié)構(gòu)相似。均由原子核和按一定軌道繞核運(yùn)行的電子組成。原子核原子的中心帶正電荷，核外電子帶負(fù)電荷。在通常情況下，核外電子與核電荷數(shù)相等，原子呈中性。核外電子繞核運(yùn)行，其狀態(tài)由四個(gè)量子數(shù)來確定，且在一個(gè)原子系統(tǒng)內(nèi)不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有相同的狀態(tài)。繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成許多殼層，每層能容納的電子數(shù)為2n2個(gè)，主量子數(shù)n相同的電子屬于同一殼層，對應(yīng)于n=1，2，3，……的殼層分別用K，L，M，N，O，……來表示。各殼層上的軌道電子分別具有一定能量，距核越遠(yuǎn)，位能越高。原子核不是最小粒子，它是由一種力量強(qiáng)大而作用范圍很小的核力（Nuclearforce）將若干個(gè)質(zhì)子（proton簡稱p

3、）和中子（neutron簡稱n）等聚合在一起而形成的。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子（Nucleon），質(zhì)子帶有正電荷，其電量在數(shù)值上等于一個(gè)電子電量（1.602×10-19庫侖），而中子是不帶電荷的中性粒子。質(zhì)子和中子的質(zhì)量相差很小，稍大于1個(gè)原子質(zhì)量單位（Atomicmassunit，簡寫amu，1amu＝1/12的12C質(zhì)量）。若以原子質(zhì)量（u）來量度，質(zhì)子質(zhì)量mp=1.0072675u，中子質(zhì)量mn=1.008650u。將1amu定義為1個(gè)質(zhì)量數(shù)(Massnumber)，質(zhì)量＜1amu的質(zhì)量數(shù)為零，故p、n的質(zhì)量數(shù)均為1。原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和稱為原子核的質(zhì)量數(shù)（massnumber），也叫

4、核子數(shù)（nucleonnumber），它是一個(gè)整數(shù)，以A表示；原子核的質(zhì)子數(shù)就是元素周期表中的原子序數(shù)（atomicnumber），通常以Z表示，原子核的中子數(shù)N=A-Z。若用X代表元素符號，則任何一種元素的原子核可以用X表示，如Li它的質(zhì)量數(shù)為7，質(zhì)子數(shù)（Z=A-N）為3。實(shí)際上，由于每一元素在周期表中的原子序數(shù)是一定的，因此只要用AX就足以表明一個(gè)原子核的組成了，通常Z可以省略不寫，如1H，4He，7Li，125I等。（二）原子核的分類原子核的種類和能態(tài)分別用符號X和mX來表示。X代表核的名稱（與原子、元素名稱相同），質(zhì)量數(shù)A后之m表示該原子核處于高能狀態(tài)，即激發(fā)態(tài)（Excitedstat

5、e），又稱亞穩(wěn)態(tài)；無m者則為基態(tài)（Groundstate）。例如：符號31H表示該原子核的名稱為H（氫），是由1個(gè)質(zhì)子（Z＝1）和2個(gè)中子（A＝1＋2＝3）組成，且處于基態(tài)；符號mTc，表示該原子核名稱為Tc（锝），由56個(gè)n和43個(gè)p組成，處于激發(fā)態(tài)。原子核是物質(zhì)，具有質(zhì)量和能量兩個(gè)基本的屬性。從這兩個(gè)基本屬性出發(fā)，可將大千世界中無法統(tǒng)計(jì)的，名目繁多的原子核歸納為以下幾類，并冠以不同的稱謂。1．元素（Element）指具有相同質(zhì)子數(shù)的一類原子核。視其p的數(shù)目賦予確定的名稱、符號，稱為某元素。迄今為止，已被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和人工制造的元素共有118種，在自然界存在的有92種。2．核素（Nuclide

6、）凡是原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)相同（Z相同），中子數(shù)相同（即質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和相等，A相同），所處的能態(tài)也一致的一類原子核，稱為某元素的某核素。例如：H、H、H是氫元素的三種核素，分別稱謂氕、氘、氚；又如：C、C、C、C分別是碳元素的四種核素?？梢?，每一種元素都是由多個(gè)核素構(gòu)成的。目前已知組成元素的核素多達(dá)2,000余個(gè)，其中人工制造的有1,600余個(gè)，天然存在的只有300多個(gè)（280多個(gè)穩(wěn)定核素，60多個(gè)長壽命的放射性核素）。3．同質(zhì)異能素（Nuclearisomer）指原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相等，中子數(shù)相同，但所處能態(tài)不一致的核素間的相互關(guān)系稱謂。例：Tc和mTc屬同質(zhì)（Z＝43，A＝99），但前者處于基

7、態(tài)，后者處于激發(fā)態(tài)。這兩種核素互稱同質(zhì)異能素。4．同位素（Isotope）質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素互稱同位素，因?yàn)樗鼈儗儆谕辉?，在元素周期表中處于同一個(gè)位置，元素的Z相等；例如：H、H、H；C0、C0；I、I、I等。5．放射性核素與穩(wěn)定性核素在目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的二千多種核素中，僅有274種為穩(wěn)定性核素，其余均為不穩(wěn)定性核素及放射性核素（Radioactivenuclide）。放射性核素具有下述