光核反应

物理学术语

用光子轰击原子核引起的核反应。早期利用放射性同位素或带电粒子轰击所放出的高能光子实现。后期主要是用加速器提供的高能电子轰击厚金属靶（原子序数较大的材料）产生轫致辐射以所获得的高能光子进行实验。光子和原子核之间只存在电磁相互作用，这种相互作用了解得最为清楚，因而用光核反应研究原子核结构可以减少理论分析上的不确定因素。

发展史

能量较低的光子（例如低于5MeV）一般只能把原子核激发到分立的能级,引起共振散射,其截面呈分立的峰值。能量大一些的光子能将核激发到更高能级，放出中子、质子、α 粒子或引起重核的光致裂变，反应截面随光子能量而连续变化并出现宽的峰值（对轻核在 20MeV左右，对重核在13MeV左右）,称为巨偶极共振（见巨多极共振）。能量在 25MeV以上的光子能同核发生电四极作用。当光子能量超过50MeV时,其波长已小于原子核半径，主要的吸收机制是所谓准氘核效应，即光子被核内一对质子中子吸收,类似于氘核光致分解。能量超过150MeV的光子能够同核作用而产生π介子。

早年只有放射性同位素及某些带电粒子引起的核反应放出的高能光子可引起核反应，如ThC″（即铊-208）的γ 射线曾被用来轰击铍、氘等原子核引起核反应，以及质子轰出锂核时能产生17.6MeV的高能γ光子, 这些光子也可以用来产生光核反应。上述两种光子源的强度弱、能量低而且只有特定的几种。用电子静电加速器、电子感应加速器、电子同步加速器和电子直线加速器等提供的1～10MeV的高能电子来轰击靶,由轫致辐射获得同等能量的光子，这是当前主要的光子源。这种光子源的强度大、能量高而且各种能量都有，缺点是光子的能谱是连续的，处理实验数据有一定困难。

放射性同位素放出的γ射线在原子核上的共振散射已成了一个应用范围很广的技术，关于这方面内容见穆斯堡尔谱学。

临床应用

光核反应

X光子与原子核作用引起的核反应称光核反应。但由于光核反应发生的几率小，在剂量学考虑中往往忽略这一反应的贡献。

各种相互作用的相对重要性

X光子与物质相互作用的三种主要形式与X光子能量、吸收物质原子序数的关系各不相同。

临床常用放射

一、放射源的种类及照射方式

1.放射源的种类

①放射性同位素放出的α、β、γ线

α衰变：

α粒子是高速运动的氦原子核

α衰变的一般反应式：

Q代表过程中释放的总能量，又称衰变能，等于母核与生成核的质量差，表现为α粒子的动能和生成核的动能和。

β衰变：β粒子是正（负）电子

β-衰变的一般反应式：

β+衰变的一般反应式

和υ分别表示反中微子和中微子；Q表示初始核与生成核、发射粒子的质量差。

γ线的产生：处于激发态的原子核跃迁到基态或者较低能态时所发射的射线就是γ射线，它是一种短波长的电磁波。

②X线

③高能粒子束

2．照射方式

①外照射（常规治疗）

②腔内或组织间照射（后装治疗）

③内照射（口服、静脉注射）

几种常用的放射性同位素源

1.镭-226 半衰期1590年，禁用

2.铯-137 半衰期33年，淘汰

3.钴-60 半衰期5.24年，应用广泛——远距离照射

4.铱-192 半衰期74.5天，是近距离治疗的最佳材料

X线治疗机

1.X线的产生（原理）

2.X线机的分类：接触X线、浅层X线、深部X线

★四、钴治疗机

1.优点：

①穿透力强，剂量分布比较均匀；

②保护皮肤，最大吸收剂量点在皮下4—5mm处；

③骨与软组织有同等的吸收剂量；

④旁向散射小

⑤经济可靠

2.缺点：

①几何半影大；

②半衰期短；

③防护要求高；

五、医用加速器

(一)分类：电子感应加速器、电子回旋加速器和电子直线加速器

(二)电子直线加速器

1.原理（了解）:微波电场加速电子使之提高能量

基本结构

电子枪、加速器[磁控管（速调管）]、初级准直器、偏转线圈、次级准直器、钨靶（散射箔）和监测电离室等等

3.加速器治疗头基本构造（书）

包括靶、均整器（X线）、散射箔、一级准直、二级准直和监测电离室。

图略

掌握各个结构的作用和位置

4.临床电子线和X线的形成过程(了解)

在加速器中，由电子枪中阴极（一般是钨丝）发射的电子，在电子枪阴阳极间电压的作用下，初步加速到十几KeV的能量，经过聚束线圈聚束进入加速成管，加速管中有脉冲调制器发射的微波感应的电磁场，加速管前段为聚束段，也就是由电磁波对注入的电子进行相位会聚，将电子逐渐密集到电磁波波峰附近一个很小的相位范围内（示图），形成不连续的“电子注”，在这里电子的速度已接近光速，这时的电子再经过加速管后段的微波进一步加速到高能，最后经偏转磁场和能量窄缝的选择由出射窗引出，这里引出的电子束为3mm直径的笔形束，①经过散射箔散射，就是临床用的电子线。②打到钨靶上，作用后形成的射线就是临床用X线。

（了解）*微波源的任务是产生并输出具有一定频率、一定脉冲包络宽度、一定重复频率、功率为一定大小的超高频振荡，加速器磁空管（速调管）决定它的振荡频率，脉冲调制器决定它的脉冲宽度和脉冲功率。

*脉冲调制器的任务是输出一系列振荡器所需要的、具有不定期功率、一定重复频率和一定宽度、波形合适的脉冲电压，它的开关器件是闸流管。

★5.束流监测：定义、功能

6.X线、电子线的能量

临床用X线：6Mv15Mv18Mv和20Mv

临床用电子线：6MeV，9MeV，12MeV，16MeV和20MeV

六、高LET射线 1.定义 2.特点

高LET射线的物理特点:指中子、质子、π负介子以及氦、碳、氧、氖等重粒子，除去中子不带电以外，其他粒子都带电。

电离辐射质（射线质）的确定

1.X线机产生的中低能X射线：半价层

指数吸收定律：I=I0e-μx， I0为入射光子强度； I为射线穿过介质后的光子强度；μ为介质吸收序数（cm-1）；X为介质厚度。

半价层：使入射X光子的射线强度率减一半时所需要的某种材料吸收体（物质）的厚度（HVL）。根据上述公式:X为HVL,I=1/2I0可以得出: μ HVL=ln2有由此也可以知道μ依赖于射线质和物质的材料，所以HVL就可以表示射线的质。临床剂量学中常用铝或铜材料的厚度来表示