核成像技术应用极广，尤以医学诊断和工业产品的无损检测为主。医学诊断方面主要用XCT、PET和NMR–CT方法。在工业方面的应用发展迅速，所用成像方法主要为XCT和CST，简称工业CT。由于其检测速度快、无损、空间分辨率和密度分辨率高，所以在许多场合下是常规X射线探伤技术和超声技术所无法取代的。如用XCT测定燃气轮机叶片中0.25毫米的气孔和夹质物，直径达2米的火箭的整体检测，核燃料元件棒的无损检测，炮弹中火药的密度测定，工业生产线上的在线实时检测并参与自动控制过程等。 2100433B

各种核成像技术的共同原理是利用与核辐射有关的物理量在被测对象中的衰减规律或分布特性，获取被研究对象内部的详细信息，然后利用计算机对这些信息进行高速处理，最终重建被研究物体的内部图像。各种核成像技术的信息获取部分，包括所依赖的物理原理以及具体的测定方法，可有所不同，但它们的数据处理部分，则都基于计算机信息处理和图像重建技术。

①XCT。其原理基于物体对X射线的吸收特性。当一束强度为I₀的X射线穿过密度为ρ、厚度为D的均匀物体后，其强度被减弱为I，则

I=I₀e^－μρD

式中μ为该物体对X射线的质量吸收系数。若为非均匀物体，则上式变为

I=I₀e^{－∫μ(x)ρ(x)dx}

使物体绕由X射线源及探测器组成的装置旋转360°时，并在每一定角度处测定该物体某个断层面的透射强度，即可求得ln(I/I₀)值，称为该角度的密度投影值。借此可获得由所有角度组成的密度投影矩阵，对此矩阵求解，可给出各点的密度，从而确定该断层内不同组分以及缺陷的具体位置和尺寸，最终绘出被研究物体的断层图像。XCT一般由射线源（医用CT用X射线管、工业CT用电子加速器或高强度同位素源）、探测器、准直器、扫描装置、电子学系统和计算机等组成。

②PET。其原理基于正电子与电子的湮没效应。当正电子与电子相遇时，两者质量湮没并产生方向相反的一对能量各为511KeV的γ射线，配合符合测量技术，可探测正电子湮没事件。PET装置主要部分为正六边形的探测环，探测器主要用锗酸铋（BGO）晶体，它不易潮解，密度高，对511KeV的γ射线线性衰减系数为0.92厘米^－1，因此探测效率高。缺点是发光衰减常数较大，从而导致时间分辨率差，也影响了成像的空间分辨率。为此，可选用碘化铯晶体，其发光时间极短，仅2.5纳秒（BGO为300纳秒），足以区别两条湮没γ射线到达相对应的两个探测器的时间差，从而大大提高了空间分辨率，使图像十分清晰。

③NMR–CT。其原理基于测定非零自旋原子核的核磁共振电磁信息。人体中存在的氢原子核便是最简单的非零自旋核，因此NMR–CT在医学诊断中极为有用。它采用磁场强度相同的静磁场和梯度磁场，以确定核磁信号产生点的空间位置，主要由产生静磁场的主磁体、梯度线圈、射频线圈、核磁共振谱仪以及图像重建与显示系统所组成。NMR–CT成像速度快，可实现三维空间成像，也可用不同的角度作两维空间的断层图像。除了可给出非零自旋核密度的信息外，也可提供非零自旋核的周围介质的情况，显示生化功能和代谢过程等信息。随着磁场强度的提高，除了可测定¹H外，还有可能测定¹³C、¹⁵O、¹⁹F、²³Na和³¹P等核素，从而提供更多的信息。NMR–CT对软组织的分辨率好，特别适用于脑组织的诊断（见核医学）。

④SPECT。有两种类型，一类为多探头环型，与PET和XCT相似。另一类为γ照相机型，用通用的γ相机围绕人体旋转进行全身或有限部分的取样，实现断层显像。常用的放射线核素为^99mTc，以特定的化学形式进入人体后蓄积在待研究的脏器或组织中，然后用旋转型γ照相机测定由^99mTc发射出的γ射线强度，借助数学方法变换成图像。SPECT由于价格低廉、使用方便，因此已广泛用于临床诊断中。

⑤CST。是利用康普顿散射效应（见康普顿效应）实现断层图像显示的方法。它是基于入射γ光子与电子的康普顿散射作用，在某一给定散射角的散射光子的强度，取决于康普顿散射作用的概率。当入射光子能量和散射角确定时，散射光子的强度只与发生散射处的电子密度相关，由此可推断被研究物体的质量密度和分布。具体方法是将入射光子束与散射光子束均准直，两者的交点即为被研究物体内的“聚焦元”，使入射和散射两部分沿物体上下或左右移动，这样就可获取整个物体的密度信息，最后用计算机处理绘出断层图像。由于CST装置无须对被测物体作360°旋转，因此适用于大型物体的检测，如机场跑道，房屋构件、大型混凝土部件等。

用实验方法研究核结构的目的，就是要通过对核结构实验数据的积累，以及对已有实验数据的系统分析，揭示出某些核结构现象的实验规律，为检验现有的各种理论，以及为提出新的物理思想以改进现有的理论提供实验依据。

高自旋态的研究是当前核结构研究中的前沿和热门领域，目前（2013年），立足于利用国内设备做核结构研究的主要有五家，即中国原子能科学研究院、中科院兰州近物所、中科院上海原子核所、清华大学和吉林大学，五家核结构研究得到国家自然科学重点基金(80万元，1997-2000年)的支持，从2000年开始，兰州近代物理研究所、原子能科学研究院、清华大学、北京大学、吉林大学五家联合承担了一个国家重大基础性研究发展规划项目，五家的研究，各有侧重，互不重复，并各有特色。

核模型，即对核子在原子核内的运动提出的解释和设想。由于核力及核多体问题的复杂性，对原子核的结构还不能做到完全的、精确的理论描述，因而只能根据相当数量的实验事实，归纳出几条解释某些核现象的局部规律。

核磁共振是当原子核被磁场磁化时对射频的响应。原子核一般都有净磁矩和角动量（或自旋），当外部磁场出现时，原子核就会围绕外磁场的方向运动，和陀螺围绕地球的重力场运动是一样。如果这些发生自旋的原子核有磁性，且和与外部磁场发生相互作用时，就会产生出可测量的信号。若原子核中的中子数和质子数有一者或两者都为奇数，那么产生核磁共振信号的条件就具备了，如氢核1H，碳13C，氮14N 等。自然界中氢核1H 的含量丰富，具有较高的检测灵敏度，磁矩比较大并且容易产生较强的信号。所以绝大多数的核磁共振技术都是以氢原子核的响应为基础，我们讨论的质子就是氢核。氢原子核有一个质子，是一个很小的具有角动量或自旋的带正电荷的粒子。自旋质子相当于一个电流环，产生一个磁场。两极（南极和北极）对准自旋轴的方向。因此氢核可以认为是一个磁针，其磁轴与核的自旋轴一致。当存在许多氢原子且无外部磁场时，氢核的自旋轴是随机取向的脉冲翻转和自由感应衰减。磁化矢量从纵向翻转到横向平面，通过一个与静磁场 B0垂直的交变磁场 B1来完成。B1的频率必须的等于质子的拉莫尔频率。从量子力学的角度看，如果质子处于低能态，它就会吸收由 B1提供的能量跃迁到高能态。B1还能使质子之间同向进动。由 B1引起的能级的变化和同向进动就称为核磁共振（NMR）。