Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
поглощенная доза, необходимая для получения данного биологического эффекта. при воздействии рентгеновским излучением 200 кэВ (в грэях)____________
.поглощенная доза исследуемого излучения, необходимая для получения того же биологического эффекта (в грэях)
Как видно из определения, в качестве стандартного выбирают рентгеновское излучение с энергией квантов 200 кэВ, которое образует примерно 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде. Для такого излучения ОБЭ принимают равным единице. Для каждой изучаемой системы коэффициент ОБЭ находят путем сопоставления эффектов стандартного и исследуемого излучений, примененных в одинаковой дозе. При этом необходимо учитывать, что значение ОБЭ может изменяться в зависимости от того, однократно или дробно поглощалась объектом определенная доза излучения, а также от мощности дозы. Желательно, чтобы сравниваемые виды излучения имели одинаковую кинетику действия на выбранную тест-систему.
В качестве примера рассмотрим результаты одного из экспериментов по определению ОБЭ нейтронов по критерию — возникновению лучевых катаракт у мышей. Оказалось, что стандартное рентгеновское излучение в дозе 8 Гр приводило к появлению катаракты у 50% мышей. Такой же эффект достигался в результате нейтронного облучения (0,5 МэВ) в дозе 2 Гр. Коэффициент ОБЭ для этой системы равен четырем. Однако если облучение в той же дозе производили отдельными фракциями, то коэффициент ОБЭ значительно возрастал.
Для расчетов различных санитарных норм принимают относительные величины ОБЭ, которые являются усредненными результатами экспериментов на различных системах. Эти величины приведены в табл. 1-3.
Зависимость ОБЭ от ЛПЭ излучения графически представлена на рис. 1-8. Из рисунка .видно, как в широком диапазоне ЛПЭ излучений (от 0,02 до 100 кэВ/мкм) относительная биологическая
биологическая
эффективность
исследуемого
излучения____________
биологическая эффективность рентгеновского излучения с энергией примерно 200 кэВ
Относительная биологическая эффективность различных видов излучения
Виды излучения Относительная
биологическая
эффективность
(ОБЭ)
1
1
20
10
3
10
20
эффективность ионизирующих частиц растет по мере увеличения ЛПЭ. Таким образом, экспериментально установлена ведущая роль плотности распределения ионов вдоль пути ионизирующей частицы для эффективности биологического действия радиации.
ЛПЭ, кэВ/мкм
hue. I—8. Зависимость ОБЭ излучения от ЛПЭ по критерию выживаемости клеток в культуре ткани (по Барендсену, 1968): 1, 2, 3 — результаты облучения в дозах, при которых доля выживших клеток составляет соответственно 0,8, 0,1 и 0,01
Рис. I—9. Изменение линейной плотности ионизации при прохождении ускоренной заряженной частицы через вещество
При значениях ЛПЭ выше 90—100 кэВ/мкм кривая зависимости ОБЭ от ЛПЭ проходит максимум и 'снижается. Вероятно, это связано с тем, что уже при значении ЛПЭ=100 кэВ/мкм в клетке возникает «критическое» число ионизаций, достаточное для ее гибели. Дальнейшее увеличение плотности ионизации неэффективно.
Величина ЛПЭ излучения зависит от скорости частицы и величины ее заряда (рис. 1-5 и уравнение Бете—Блоха 1-5). Так как dE/dx~z2, то величина ЛПЭ многозарядных частиц значительно превосходит ЛПЭ однозарядных при равных скоростях.
Согласно уравнению Бете—Блоха величина ЛПЭ обратно пропорциональна квадрату скорости заряженной частицы. Следовательно, по мере замедления частицы в веществе увеличивается ЛПЭ и резко возрастает число образованных ионов (рис. 1-9). Таким образом, в радиобиологических экспериментах возможно использование излучений с различной величиной ЛПЭ, а следовательно и ОБЭ. Для этого необходимо выбирать ионизирующие частицы, с определенным зарядом и скоростью (т. е. энергией).
Знание механизма взаимодействия ионизирующих частиц с атомами поглотителя позволяет судить о характере ионизация в облученном биологическом субстрате, что необходимо при использовании ионизирующих излучений в радиотерапии и радиодиагностике, при определении оптимальных режимов облучения различных объектов.
Ионизация ткани при действии тяжелых заряженных частиц
Этот вопрос рассмотрим на примере ускоренных ядер гелия (а-частицы). В табл. 1-4 представлены результаты количественных измерений ионизирующей способности а-частиц и глубины их проникновения в ткани. На основании этих данных можно оценить картину первичной ионизации вещества. а-Частицы с энергией 1 МэВ теряют свою энергию в первых 5,3 мкм ткани, в среднем на каждый микрон пути веществу переносится 263,9 кэВ энер-
Таблица 1-4
Длина пробега, потеря энергии и число первичных ионов при прохождении а-частиц в тканях плотностью 1 г 1см3 (по данным Ли, 1963)
Энергия лпэ, Длина Число первич
а-частиц, КэВ/мкм пробега, ных ионов на
