Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Следовательно, регистрация величины поглощенной дозы ничего не говорит о причинах необыкновенно высокой биологической; эффективности ионизирующих излучений. Необходимо отчетливо представлять элементарные физические процессы, в результате которых осуществляется передача энергии ионизирующих частиц атомам и молекулам вещества.
Механизм поглощения рентгеновского и \-излучения
Рентгеновское излучение — высокоэнергетическое электромагнитное излучение, которое генерируется при торможении ускоренных электронов в «улоновском поле ядер атомов вещества-поглоти-теля.
В соответствии с законами электродинамики электрон, испытывающий торможение, теряет часть своей энергии за счет излучения:
-гад (i-7>
йх ) радиац
где Ek — кинетическая энергия электрона, Z — заряд ядра материала поглотителя, N ¦— число атомов в 1 см3 поглотителя.
Из соотношения (1-7) следует, что энергия квантов рентгеновского излучения пропорциональна кинетической энергии электрона и находится в квадратичной зависимости от атомного «омера материала поглотителя. Это учитывается при конструировании рентгеновских трубок (рис. 1-1), в которых электроны приобретают большой запас кинетической энергии при ускорении в электрическом поле, создаваемом за счет приложения высокого напряжения (сотни тысяч вольт) между катодом и анодом. Анод изготовляют из материалов с большим атомным номером, так как именно в ку-лоновском поле атомов анода и происходит торможение ускоренных: электронов. При бомбардировке анода электронами только 0,2% их кинетической энергии испускается в виде квантов рентгеновского излучения, остальная энергия рассеивается в виде тепла. Поэтому необходимо надежное охлаждение рентгеновских трубок.
Для некоторых экспериментальных исследований в качестве источника рентгеновского излучения используют бетатроны, в которых электроны могут ускоряться до околосветовых скоростей.
у-Излучение — коротковолновое электромагнитное излучение с дискретным спектром, возникающее при изменении энергетического состояния атомного ядра или аннигиляции частиц.
Во многих биологических исследованиях в качестве источника •у-излучения используют радиоактивный изотоп кобальта 60Со (гак называемая «кобальтовая пушка»); в этом случае у'Кванты генерируются в процессе радиоактивного распада 60Со до 60№. Возбужденное ядро никеля переходит в стабильное состояние с последовательным испусканием двух квантов с энергией 1,17 и 1,33 МэВ1.
Рентгеновское и ^-излучение по своей физической природе относятся к высокочастотным (коротковолновым) электромагнитным излучениям. Частота их квантов, и соответственно энергия, в десятки
Рис. /—1. Рентгеновская трубка: А — принципиальная схема включения трубки — источник высокого напряжения (V) включается между анодом (А) и катодом (К); В — спектр излучения трубки с молибденовым антикатодом
фотоэлектрон
Рассеянный фотон
Первичный фотон W
-В
hv > 1,22 МэВ
Комптоновский электрон
Позитрон е +
' hv—0,511 МэВ
аннигиляция
позитрона
hv —0,511 МэВ
Электрой е'"
Рис. I—2. Схема основных процессов поглощения энергии фотонов рентгеновского и уизлучення (по Фриц-Ниггли, 1961): А —
фотоэффект, Б — эффект Комптона, В — эффект образования электроино-позитронных пар
и сотни тысяч раз выше, чем у квантов ультрафиолетового излучения.
Используя различные источники, можно получить рентгеновские и ¦у-кванты сравнимой энергии, которые будут оставлять в тканях одинаковое количество энергии и образовывать одно и то же число ионов на единицу пути. Следовательно, различие этих
1 Энергию квантов излучения принято измерять в электрон-вольтах — эВ, тысячах эВ—кэВ, миллионах эВ—МэВ, миллиардах эВ—ГэВ.
двух видав излучения связано лишь с происхождением: рентгеновские лучи генерируются при торможении ускоренных электронов в кулоновоком поле ядер атомов, а у-излучение испускается возбужденными ядрами или возникает при аннигиляции частиц.
Поглощение рентгеновского и у-излучения в веществе подчиняется закону
I = /0 e~NSl, (1-8)
где / и /0 — соответственно значения интенсивности излучения до и после прохождения через слой толщины. /; N — число поглощающих частиц; 5 — сечение процесса, характеризующее вероятность поглощения.
Энергия квантов рентгеновского и у-излучения поглощается веществом в результате одного из следующих процессов.
Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) состоит в том, чго квант излучения полностью передает энергию атому; этой энергии достаточно для того, чтобы атом испустил электрон (рис. 1-2, А). В результате фотоэффекта из атома высвобождается электрон, обладающий запасом кинетической энергии, равным энергии падающего кванта hv за вычетом энергии связи электрона с соответствующим атомом или молекулой:
?кии электрона = ft V • ¦ ?связи- (I”9)
Вероятность фотоэффекта зависит от энергии падающего .кванта и атомного номера поглощающей среды. Сечение процесса определяется по формуле
