Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
к /2
V ч/
X У
/у А\
Ч 1-V
0.01 0,1 1,0 10 100 Е.МэВ
Рис. I—3. Относительная частота фотоэлектрического эффекта и образования пар в углероде (по Фано, 1954): 1 — фотоэффект, 2 — комптонов-ский эффект, 3 — образование пар
нейшем мы ограничимся рассмотрением характера взаимодеист-вия с веществом фото- и комптоновских электронов.
Поглощение квантов электромагнитного излучения высокой энергии приводит к возникновению в веществе небольшого числа атомов, утративших электроны. Эта первичная ионизация — следствие фото- и комптоновского эффектов. Высвободившиеся электроны обладают огромным запасом кинетической энергии (к ним перенесена большая часть энергии падающего кванта) и могут многократно взаимодействовать .с атомами и молекулами, отдавая энергию ,на их ионизацию и возбуждение. Так продолжается до тех пор, пока энергия свободного электрона не снизится до того минимального уровня, при котором электрон уже сможет поглотиться нейтральным атомом с образованием отрицательного иона. Каждый первичный электрон от момента своего рождения до захвата нейтральным атомом или молекулой многократно взаимодействует с атомами, расположенными вдоль направления его движения, генерируя большое число вторичных электронов. Распределение энергии вторичных электронов точно может быть рассчитано лишь для атома водорода. Для более сложных молекул возможны лишь качественные рассуждения (подробнее см. главу III). В среднем около 70% энергии первичных электронов переносится к вторичным электронам, обладающим энергией, достаточной для того, чтобы индуцировать дальнейшую ионизацию. Остальные 30% энергии первичного электрона расходуются на возбуждение молекул и высвобождение электронов с «нулевой» кинетической энергией. Незначительная доля энергии затрачивается на тормозное излучение. Следовательно, перенос веществу энергии квантов излучения осуществляют главным образом высокоэнергетические вторичные электроны.
Первичная ионизация при действии рентгеновского или у-из-лучения пренебрежимо мала по сравнению с тем количеством ионизированных и возбужденных атомов, которое возникает в результате взаимодействия вторичных электронов с веществом. Поэтому фотоны рентгеновского и у-излучения следует относить к косвенно ионизирующим частицам, высвобождающим в веществе непосредственно ионизирующие частицы — высокоэнергетические вторичные электроны.
Поглощение
нейтронного излучения
Нейтронное излучение представляет собой поток элементарных частиц с массой 1,0089 атомной единицы и нулевым зарядом. Нейтронные излучения в зависимости от энергии частиц подразделяются на группы: быстрые, промежуточные и медленные нейтроны.
Вследствие электронейтральности нейтроны не взаимодействуют с кулоновокими полями атомов и молекул и могут проходить»
значительные расстояния в веществе, мало отклоняясь от первоначального направления. Нейтрон, 'не имея заряда, тем не менее вызывает ионизацию атомов и молекул. Происходит это за счет косвенных эффектов, связанных со следующими типами взаимодействия нейтронов с ядром атома.
Упругое рассеяние — результат соударения нейтрона с ядром атома. Кинетическая энергия нейтрона распределяется между ним и «ядром отдачи» согласно уравнению
Е = 4 (mJM) _ ? 10 (мз
1 + тн/М н ’
где тн и Ен — масса и энергия нейтрона, М и Е — масса и энергия ядра отдачи, 0 — угол между направлением движения падающего (нейтрона и ядра отдачи. Из уравнения (1-13) следует, что ядру отдачи передается максимальная энергия, если это ядро имеет минимальную массу М. Значит, в результате упругого рассеяния наибольшее количество энергии нейтронного излучения поглощает водород (М=1). Поэтому для экранирования нейтронных источников используют не свинец, а материал, богатый водородом, например парафин.
Биологические ткани богаты водородом, следовательно, в результате нейтронного облучения <в них появляются ядра водорода, обладающие значительным запасом (кинетической энергии, — так называемые «протоны отдачи». Эти протоны, обладая электрическим зарядом, могут взаимодействовать с электронными оболочками атомов, вызывая ионизацию. Упругое рассеяние нейтронов в тканях можно рассматривать «ак способ генерирования в глубине биологического объекта протонного излучения.
В биологических тканях нейтроны с энергией от 20 до 0,5 МэВ передают протонам отдачи соответственно от 78 до 96% своей энергии.
Неупругое рассеяние нейтронов состоит в том, что часть их энергии идет на сообщение ядру запаса кинетической энергии, а часть — на возбуждение ядра. Возбужденное ядро переходит в основное состояние с испусканием одного или нескольких ¦у-кван-тов.
Неупругое рассеяние становится возможным при энергии нейтронов больше нескольких кэВ. В результате этого эффекта помимо непосредственно ионизирующих частиц (ядра элементов) в веществе возникают ¦у-кванты, косвенное ионизирующее действие которых обсуждалось выше.
