Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
пар ионов/мкм
0,1 0,003 33,23 1697
0,2 0,006 28,71 843,1
0,8 0,038 14,17 285,3
2,0 0,1595 7,680 127,8
9,5 2,303 2,367 31,90
22,5 10,51 1,233 15,06
45,0 35,76 0,7255 8,452
90,0 118,0 0,4462 4,986
150,0 278,1 0,3278 3,567
450,0 1508,5 0,2108 2,166
Величина ЛПЭ электронов и плотность распределения генерируемых ими ионов быстро убывает с увеличением скорости частиц (табл. 1-5). Если медленные электроны с энергией до 1 кэВ дают очень короткие треки с высокой плотностью ионизации (вся энергия частицы передается веществу на первых 0,1—1 мкм пути),
то электроны с энергией в несколько сотен кэВ и более производят всего несколько ионизаций на 1 мкм пути в тканях, т. е. рои ионов отдалены друг от друга расстояниями в десятки тысяч нанометров. Как уже говорилось выше, каждый рой — это скопление ионов, возникших в результате первичной ионизации атома заряженной частицей, а также за счет ионизирующего действия вы-
Скопление капель водь» соответствует возникновению
E-2Q0K8B
V
рой ионов
Рис. I—12. Трек быстрого электрона (по фотографии в камере Вильсона): 1 — трек быстрого электрона (Е=200 КэВ), 2 — трек медленных электронов (Е=20 КэВ). При низкой энергии изгибание трека вызвано рас-" сеянием (по Баку и Александеру)
Рис. I—11. Истинная и практическая длина пробега электронов в веществе (по Фриц-Ниггли). Путь от А до В — истинная длина пробега; L — практическая длина пробега (глубина проникновения)
битых из атома электронов с энергией менее 100 эВ. Помимо таких низкоэнергетических электронов (5-частицы могут с определенной вероятностью генерировать 6-излучение, за счет которого от основного трека отходят более короткие треки высокоэнергетических б-электронов. На рис. 1-12 представлен участок трека электрона, каким он виден в камере Вильсона.
Ионизация тканей
косвенно ионизирующими частицами
Нейтронное, рентгеновское и у-излучение генерируют в веще-стве ионизации, пространственное распределение которых суще ственно отличается от такового при действии ускоренных заряженных частиц. Электронейтральные частицы, обладая высокой проникающей способностью, углубляются в ткани на значительные расстояния. Они формируют большинство ионизаций косвенным путем: фотоны рентгеновского и у-излучения — за счет ускоренных электронов, а нейтроны — за счет ядер отДачи. Эти заряженные частицы в основном и осуществляют перенос энергии излучения веществу, вызывая ионизации и возбуждения атомов.
Мягкие рентгеновские лучи (до 100 ,кэВ) поглощаются в поверхностных слоях ткани за счет фотоэффекта. Длина пробега фотоэлектронов не превышает 2 мм, поэтому биологически существенный эффект, связанный с ионизацией атомов и молекул, возникает /вблизи места поглощения падающего кванта. Пространственное распределение ионов определяется энергией выбитых фотоэлектронов. Так, фотоны мягкого рентгеновского излучения с энергией 10 кэВ (это соответствует 1=10 нм) передают фото-
электрону около 9,5 кэВ энергии (0,5 кэВ — средняя энергия ионизации атомов в биологических системах). Из табл. 1-5 видно, что длина пробега такого электрона в ткани — 2,3 мкм, ЛПЭ = = 2,4 кэВ/мкм, а плотность ионизации — около 32 пар ионов на
1 мкм пути. Число таких треков, т. е. количество выбитых фотоэлектронов в результате первичной ионизации, определяется поглощенной дозой. Картина ионизации ткани мягким рентгеновским излучением при поглощенной дозе 104 Гр показана на рис. 1-1 ЗА.
Жесткие рентгеновские и у’лУчи с энергией фотоиов выше 300 кэВ поглощаются в основном за счет эффекта Комптона. Максимум их поглощения лежит на глубине нескольких сантиметров.
Так, у-лучи 60Со теряют 60% всей энергии при прохождении первых
5—6 см ткани, а фотоны с энергией 35 МэВ, генерируемые в бетатронах, отдают максимум своей энергии на глубине 6—8 см. Эта важ-
А Б
Л / о фотоэлектроны
__^ __s N 2 электроны
Грек фотоэлектрона отдачи
4 --- ' - 1- 1 1 -JO1'
/ х - / 1 '/ ° о/
' ' Ч “ ° * ^ о
/' - -Y-n'
/ _ / ' '/ V4
\ \ Is 4 ° _ О
oS
s --2
' \ 4 /' \> 1 \ S О
/ \?/О/'i1 % ^ О?
i\",
! мм 10 см
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Глубина слоя воды,см
Рис. 1—13. Характер ионизации вещества фотонами мягкого (А) и жесткого (Б) рентгеновского и Y-излучения (по Сэтлоу и Полларду, 1964): 1 — фотоэлектроны (выбиты рассеянным квантом);
2 — трек электронов отдачи
Рис. I—14. Кривые поглощения энергии в воде для рентгеновского н уизлУчения с разной энергией квантов (по Линденбратену, 1969)
