放射卫生学重点绪论核医学与放射防护的基础知识

RadiologicalHealth（Radioprotection）放射卫生学（辐射防护）TheSchoolofPublicHealth,SoutheastUniversityTang,Meng东南大学公共卫生学院唐萌18951915568(mob.)025-83272564(o)InternationalConferenceonthePROTECTIONOFTHEENVIRONMENTFROMTHEEFFECTSOFIONIZINGRADIATIONStockholm,Sweden6-10October2003OrganizedbytheIAEAInco-operationwithUNSCEAR,theECandtheIURHostedbytheGovernmentofSwedenthroughtheSwedishRadiationProtectionAuthorityMailingaddress&informationunder::绪论核医学与放射防护的基础知识核医学的发展史（1）•1934年EnricoFermi发明核反应堆，生产第一个碘的放射性同位素。•1936年JohnLawrence首先用32P治疗白血病，这是人工放射性同位素治疗疾病的开始。•1937年Herz首先在兔进行碘[128I]半衰期（半衰期T1/225分）的甲状腺试验，以后被131I（8.4天）替代。•1942年JosephHamilton首先应用131I测定甲状腺功能和治疗甲状腺功能亢进症•1943年至1946年用131I治疗甲状腺癌转移核医学发展史（2）•1946年7月14日，美国宣布放射性同位素可以进行临床应用，开创了核医学的新纪元•1951年BenedictCassen发明线性扫描机•1958年HalO.Anger发明Anger照相机•1959年SolomonA.Berson和RosalynS.Yalow发明放射免疫分析等对影像核医学和体外测定的发展都起到了很大的推动作用•50年代，钼[99Mo]-锝[99mTc](99Mo-99mTc)发生器的出现•70年代单光子断层仪的应用和80年代后期正电子断层仪进入临床应用，使影像核医学在临床医学中的地位有了显著提高原子核一、核的组成二、原子核的能级分子和原子的概念•分子：分子是保持物质化学性质的最小粒子。•原子：原子是化学变化中的最小粒子。原子与分子的主要区别在于分子在化学反应里可“分”，原子在化学反应里不可“分”。原子的内部结构•原子的内部结构原子核（质子+中子）•原子（带正电）（不带电）核外电子（带负电）关于原子要注意的几个问题•（1）原子核所带电量和核外电子的电量相等，但电性相反，因此整个原子不显电性。故核电荷数＝质子数＝核外电子数。•（2）电子的质量很小，只相当于质子或中子质量的1/1836，所以原子的质量主要集中在原子核上，故相对原子质量≈质子数＋中子数。一、核的组成原子核(atomicnucleus)：由两种质量几乎相等的基本粒子－质子(Ｐ)和中子(Ｎ)组成,质子和中子统称为核子。原子核的结构及相互关系所带电荷符号相互关系相关同义词质子+ZA（质量数）=Z+P核电荷数、原子序数、核子中子PP（中子数）=A-Z核子电子—E二、原子核的能级一般情况下最低能量状态（稳态）放射性核素衰变高能量状态（激发态）或高能粒子轰击第一节核物理基本知识•一、元素、核素、同位素和同质异能素•二、放射性核素与核衰变•三、放射性衰变规律•四、电离辐射与物质的相互作用（一）元素(Element)元素：凡质子数相同的原子称为一种元素，它们的原子序数相同，因此具有相同的化学特性，是组成不同物质的基本单位。但其原子核中的中子数可以不同，因而物理特性可有某些差异。目前，人们已发现的元素有109种，其中原子序数为61，95~109为人造元素。（二）核素(Nuclide)核素：不仅质子数相同，而且中子数也相同，因而质量数相同，并处于同一能量状态的原子，称为一种核素。每种元素可以包括若干种核素，目前已知的核素有2300多种,分别属于100多种元素。核数的表示方法如下：X是元素符号,Z表示质子数目（即原子序数）,A表示核子数。上右图某些核素左上角质量数之后加m，表示该核素处于激发态，如99mTcXAZXAmZ（三）同位素(Isotope)同位素：凡属于同一种元素的不同核素，它们在元素周期表中处于相同的位置，质子数相同而中子数不同，称为元素的同位素。（四）同质异能素(Isomer)同质异能素：核内中子数和质子数都相同但核所处能态不同的核素互为同质异能素。同质异能武器----第三代、第四代武器----“伽玛弹”元素、核素、同位素和同质异能素的异同点质子数中子数原子序数能态原子元素相同±相同是核素相同相同相同同一是同位素相同不同相同是同质异能素相同相同相同不同是二、放射性核素与核衰变•（一）稳定性核素和放射性核素•（二）核衰变公式和衰变图三、放射性衰变规律•（一）几个概念•（二）放射性活度单位和与质量的关系衰变常数(λ)放射性核素在单位时间内衰变的原子核数与当时存有的原子核总数成正比,每一种放射核素都有自己固定的单位时间内衰变百分数,这个百分数叫做衰变常数(λ),是放射性核素的重要物理特征参数。放射性活度（I）单位时间内原子核衰变的数量。物理半衰期（T1/2）放射性活度随时间按指数规律减少，其减少至一半所需要的时间称作物理半衰期。生物半排期（Tb）指生物体内的放射性核素经由各种途径（生物代谢）从体内排出一半所需要的时间。有效半减期（Te）：指生物体内的放射性核素由于从体内排出（生物代谢）和物理衰变（放射性衰变）两个因素作用,减少至原有放射性活度的一半所需要的时间。放射性活度放射性活度(简称活度)过去惯称放射性强度。现用国际制单位的专门名称是贝可（Bq），定义为每秒一次衰变。为了更好地表示各种物质中的放射性核素含量,通常还采用比活性及放射性浓度这二个参数。比活性：指单位质量物质的放射性活度,单位是Ｂq/g。放射性浓度：为单位体积溶液内所含的放射性活度,单位是Ｂｑ/ｍl，亦有用单位摩尔物质的放射性活度来描述比活性的,单位是Ｂｑ/mol。贝可与居里之间的关系符号每秒衰变（次）使用大小常用单位换算关系贝可Bq1现在小千贝可（kBq）、百万贝可（MBq）1mCi=37Mbq1μCi=37kBq居里Ci3.7×1010过去大毫居里（mCi）、微居里（μCi）千进位1kBq=103Bq四、电离辐射与物质的相互作用•（一）带电粒子与物质的相互作用•（二）X、γ光子与物质的相互作用•（三）中子与物质的相互作用（一）带电粒子与物质的相互作用•1．电离作用•2．激发作用•3．散射作用•4．韧致辐射•5．湮没辐射•6．吸收作用•7、带电粒子的射程电离作用是指射线使物质中的原子失去轨道电子而形成正负离子对,它是某些放射性探测器测量射线的物理基础,又是射线引起物理、化学变化及生物学效应的主要机制。激发作用指射线使某些原子的轨道电子从低能级跃迁至高能级。当该电子退激时,能量以光子或热能形式释出。激发作用也是一些放射性探测器工作的物理基础,是射线引起物理、化学变化和生物学效应的机制之一。散射作用指带电粒子受到物质原子核库仑电场作用而发生方向偏折。散射作用对测量及防护都有一定影响。ß-粒子的质量远小于粒子，它引起物质电离和激发的同时，本身有明显的散射。韧致辐射ß-粒子在介质中受到阻滞而急剧减速时能将部分能量转化为电磁辐射,即ｘ射线。在防护上值得注意,即ß-粒子的吸收体和屏蔽物应采用低密度材料,如有机玻璃、铝等。湮没辐射当β+粒子与物质作用,能量耗尽时和物质中的自由电子(e-)结合,正负电荷抵消,两个电子的静止质量转化为两个方闽相反、能量各为0.511ＭeV的γ光子而自身消失,这叫做湮没辐射或光化辐射。吸收作用射线使物质的原子发生电离和激发的过程使射线的能量逐渐消耗,当能量全部耗尽,该射线则不再存在,称作被吸收。带电粒子的射程带电粒子在物质中沿着最初入射方向所能穿行的最大直线距离称为带电粒子的射程。（二）X、γ光子与物质的相互作用γ光子引起初级电离的机制主要有以下三种：•1．光电效应•2．康普顿效应•3．电子对生成效应光电效应γ光子与物质原子相撞时,其能量全部交给原子的一个轨道电子(主要是内层)使之脱离原子而释放出来,此电子称作光电子,这种现象称作光电效应,γ光子在此过程中消失。康普顿效应入射γ光子仅将一部分能量传递给核外电子使之释出而本身则发生散射,这种现象称作康普顿效应,释放出的电子称作康普顿电子,入射γ光子经散射后称为康普顿散射光子。电子对生成效应当γ光子能量1.02Ｍｅｖ时,其中1.02ＭｅＶ的能量在物质原子核电场作用下转化为一对正负电子,是为电子对生成。余下的能量变成电子对的动能。（三）中子与物质的相互作用中子不带电荷,不能直接引起电离,但中子可以与物质原子核碰撞,使原子核受到反冲而运动,这种反冲核可引起物质的电离作用（弹性散射）。中子也可能直接进入物质原子核而使之发生反应（核反应）。第二节电离辐射量与单位•一、照射量和照射量率•二、吸收剂量及吸收剂量率•三、剂量当量和剂量当量率•四、照射量与吸收剂量的关系（了解）•五、有效剂量当量和集体剂量当量照射量（X）•1．照射量（X）是表示中等能量的γ光子或ｘ射线在空气中致电离能力的物理量。•2．照射量率()单位时间内的照射量称照射量率。X照射量和照射量率符号单位换算适用照射量X国际（C·kg-1）专用（R、mR、μR）1R=2.58×10-4C·kg–11C·kg–1=3.876×103Rγ光子或ｘ射线照射量率国际（C·kg-1·s-1）专用（R、mR、μR）γ光子或ｘ射线X二、吸收剂量及吸收剂量率•1．吸收剂量（D）适用于各种类型的电离辐射,它表示物质吸收射线能量的电离辐射量。•2．吸收剂量率()单位时间内的吸收剂量称吸收剂量率。D吸收剂量及吸收剂量率符号单位换算吸收剂量D国际（Gray、Gy）专用（rad）1Gy=1J·kg–11rad=100erg·g-1吸收剂量率D三、剂量当量和剂量当量率•剂量当量（H）是在吸收剂量的基础上考虑刭生物学效应的不同而设置的一种电离辐射量,它是直接反映各种射线被吸收后引起的生物学效应强弱的电离辐射量。剂量当量实为经过适当修正后的吸收剂量。•剂量当量率()指单位时间内的剂量当量•剂量当量单位国际制单位是希沃特(Ｓｖ),旧的专用单位为雷姆(ｒｅｍ)•1Sｖ=ｌＪ·ｋｇ-ｌ=100rem•剂量当量率单位为Ｓｖ·ｓ-ｌ或ｒｅｍ·ｓ-ｌ。H五、有效剂量当量•有效剂量当量（HE）当所考虑的效应是随机效应时,在全身受到非均匀照射的情况下,受到危险的各组织或器官的剂量当量与相应的权重因子乘积的总和为有效剂量当量。•ＩＣＲＰ建议,HE全限为50ｍSv·ｙ-ｌ(即5ｒｅｍ·ｙ-ｌ).五、集体剂量当量•集体剂量当量（S）由于辐射的随机性效应,仅以一定的几率发生在某些个体身上,并非受到照射的每个人都会发生,因此要评价群体所受到的辐射危害以采用集体剂量当量(S)更有实际意义。•集体剂量当量的单位是“men·Sv”或“men·rem”•集体剂量当量是一个广义量,可用于全世界居民,或一个群体乃至一个个人。第三节辐射测量仪器•基本原理：将辐