放射物理学是将放射物理的基本原理和概念应用于肿瘤放射治疗的一门学科，是放射肿瘤学的重要基础。作为住院医生，需要具备一定的放射物理学基础。只有充分了解射线与物质作用的基本原理和剂量学概念并掌握放射治疗的一般过程及具体的治疗技术，才能更好地开展放射治疗工作，保障患者得到有效安全的治疗。
第一节核物理基础和基本剂量学概念
一、原子结构
要了解射线与物质作用的基本原理，首先从原子的结构说起，原子是构成物体的微小单位，其大小是10?-10?m数量级，原子中心是带正电的原子核，体积是原子的万分之一；核周围是带负电的电子做绕核运动，每个电子带一个负电荷。原子核由不同数目的质子和中子组成。中子和质子统称为核子，它们的质量近似相等，但每个质子带一个正电荷，中子不带电。一个电荷量e=1.602×10?-19?C。
原子各种模型中，玻尔（NielsBobr）1931年建立的行星模型公认为经典模型之一。与太阳系的行星绕太阳运行类似，该理论认为氢原子模型是由一个轨道电子围绕带等量正电荷的原子核运行而成。随后，他把该理论进一步拓展到多电子原子模型，这些电子分布在离散的同心壳层或能级的轨道上（图1-1）。由于质子和电子带相反电荷而产生库仑引力，电子越靠近原子核，其束缚力会越强。所以电子从低能级（内层）轨道跃迁到高能级（外层）轨道或从原子中脱离需要吸收足够能量才能完成，反之从外层轨道向内层跃迁时则会释放能量。从最内层向外，不同壳层（轨道）分别命名为K、L、M、N...基于泡利不相容原理，每个壳层可容纳的最大电子数量都是有限的：第一壳层（K）最多可容纳2个，第二壳层（L）为8个，第三壳层（M）为18个......。
图1-1原子的玻尔模型示意图
原子核由质子（p）和中子（n）组成。电子围绕着原子核在特定的壳层（轨道）上旋转。通常，这些壳层用量子数（n=1，2，3……）或字母（K，L，M……）表示
由于单个微观粒子能量很小，通常不是以能量的国际单位制（SI）单位焦耳（J）表示，而是采用电子伏特（eV）、千电子伏特（keV）或兆电子伏特（MeV）表示。1eV定义为电子在真空中通过1V的电压加速后获取的动能，1eV=1.6×10?-19?J的能量，与其他两个单位的转换关系是：1keV=10?3?eV，1MeV=10?6?eV。
在临床工作中，一般会使用“MeV”来描述加速器所产生的电子束能量，例如9MeV电子束。而对于X线，由于是由电子经电压加速后撞击钨靶产生的，所以通常以加速电压“MV”来描述加速器所产生的X线能量，例如6MVX线（图1-1）。
二、放射性
（一）放射性衰变
1896年贝克勒尔做了一个试验，他将含有不同元素的物质样本放置于密封的胶片上方，发现沥青中的铀自发产生γ射线而造成胶片感光。进一步的实验发现放射性核素可以发出三种类型的射线：α射线（本质为氦原子核）、β射线（本质为电子）和γ射线（本质为光子）。
上述射线是在核素的放射性衰变的过程中产生的，衰变的基本过程可以理解为：由于原子核内紧邻的带正电的质子之间存在巨大的静电（库仑）斥力，与此同时质子和中子之间则存在核引力。当这两种力量达到平衡时，原子核才会稳定的存在。所以对于稳定的核素，如图1-2所示，其中子数与质子数保持合理的比例关系。如果不是这种比例的核素，平衡就会被打破，它们会自发地蜕变，同时放出各种射线，最终变为稳定核素，这就叫做放射性衰变。如下是三种衰变类型：
1.α衰变
α衰变通常发生原子序数大于82的核素中，这些核素的中子数与质子数的比例过小，质子之间的静电斥力超过了中子和质子之间的强引力，从而发射出α粒子。
2.β衰变
原子核内的中子转变为质子，发射出电子或中微子；或者原子核内的质子转变为中子，发射出正电子和中微子。
3.γ衰变
原子核由于一些原因（比如发生α、β衰变）而处于激发态，此时原子核需要从高能级向低能级跃迁来退激，此时会发出高能光子γ射线（图1-2）。
图1-2核的稳定性与质子数、中子数的关系
图中的每个黑点表示一个稳定的核素，平行的一组斜线表示同量异位线
（二）常见放射性核素
放射性核素在衰变过程中，会发出几种射线。在肿瘤治疗时，通常会选择其中的部分射线类型用于放疗（表1-1）。
（三）放射性度量
1.活度
放射性活度指的是一定质量的放射源单位时间内发生的衰变数。活度的国际单位制是贝克勒尔（Bq）。在此之前，放射性活度单位的曾用名：居里（Ci）。两者关系可表示为1Ci=3.7×10?10?Bq。