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核素是由质子和中子构成的束缚态体系。目前已知的天然或人工生成的核素有2 000多种，可分为两类：一类是稳定的核素，有300多种；另一类是放射性核素，会自发地发射射线或者离子而转化为另一种核素，也就是核辐射或核衰变。放射性核素的衰变方式有：α衰变（发射α射线）、β衰变（发射正电子和电子）和γ衰变（发射γ射线）等。放射性现象由原子核内部变化引起，与核外电子的状态无关，对放射性核素加温、加压或者加磁场都不能抑制或明显改变射线的发射。
γ射线通过物质时，会与物质发生三种形式的相互作用，即光电效应、康普顿散射和产生电子对。对于低能γ射线和原子序数Z高的吸收物质，光电效应占优势；对于中能γ射线和原子序数Z低的吸收物质，康普顿散射占优势；对于高能γ射线和原子序数Z高的吸收物质，电子对效应占优势。核医学成像设备利用γ射线与物质的相互作用，揭示人体的生理状况。
固体闪烁探测器是探测γ射线最常用的探测器，典型的闪烁探测器主要由闪烁晶体、光电倍增管和电子学系统组成。入射的γ光子在闪烁晶体中发生光电效应、康普顿散射或电子对效应，把能量传给电子，这些电子最终通过电离或激发作用将能量沉积在晶格中，然后晶体发生退激，释放出被沉积的能量，其中一部分以可见光的形式释放出来。核医学对闪烁晶体的要求是：密度大，含有高原子序数的元素，对射线有较高的探测效率；发光效率高、能量正比关系好。常用的晶体有NaI、CsI、BGO等。例如，NaI晶体密度为3.67g/cm 3 ，含有高原子序数的碘（Z = 53），每keV能量平均产生40个可见光光子。