Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
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 соответ-
Рис. II.5. Характер ионизации вещества ствУет Д™® волны А = 10 ™) фотонами мягкого (а) и жесткого (б) передают фотоэлектрону OKO-рентгеновского и 7-излучений: 1 — фо- до 9,5 кэВ энергии.
Из табл. П.4 (с. 78) мы увн-дим, 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. II-5, а.
а б
трек фотоэлектрона о фотоэлектроны
электроны
отдачи
ч ^ г | # , о4' 1 О ^
/ -1 1 } "of
‘ ‘ ч ° е S ^ о
// , ч ---
, ~ г ' •> 0 _ О
II 1 /4 ' ' oS
‘‘..5 0
/ \ ''О/' \1 ^ 0 ^
CY'i ¦V » Э
о s' Of
1 мм 10 см
4. Механизмы процессов поглощения энергии излучений
67
6 10 14 18 22
Глубина слоя воды, см
Рис. II.6. Поглощение энергии в воде для рентгеновского и 7-излучения с разной энергией
Жесткие рентгеновские и т-лучи с энергией фотонов выше 300 кэВ изменяют направление движения (меняется их энергия) в основном за счет эффекта Комптона. Максимум выделения энергии лежит на глубине вплоть до нескольких сантиметров и связан с процессом накопления вторичных электронов, который начинается на малых глубинах и возрастает до того момента, когда устанавливается равновесие между образованием вторичных частиц и их поглощением. Так, 7-лучи 60 Со теряют 60% всей энергии прн 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 важная особенность действия жесткого электромагнитного излучения позволяет воздействовать на глубоко расположенные опухоли без чрезмерного повреждения кожи н промежуточной ткани. Существование такого максимума (рис. II.6) объясняется тем, что в результате комптоновского взаимодействия фотонов высокой энергии и электронов атома последние воспринимают значительную часть энергии фотона (чем выше энергия излучения, тем более вероятен перенос к электрону отдачи максимальной энергии, вплоть до 99,9% энергии кванта). Электроны таких высоких энергий (несколько тысяч кэВ) проникают в ткань на глубину в несколько сантиметров, образуя максимальное число ионизаций и возбуждений в конце пробега, когда скорость их значительно снижается.
Следовательно, электроны, высвобождаемые квантами излучения на поверхности облучаемого объема, образуют максимальное число ионов на глубине ткани в несколько сантиметров, т.е. они осуществляют перенос энергии излучения вглубь ткани.
Так, например, 7-лучи с энергией квантов 1 МэВ высвобождают в результате комптоновского взаимодействия электроны отдачи с максимальной энергией 817 кэВ и средней энергией 452,5 кэВ. При энергии 450 кэВ электрон теряет около 0,2 кэВ на 1 мкм пути и способен пройти путь в 1500 мкм от места своего образования. В среднем он образует около 10 пар ионов на 1 мкм пути, однако ионизация распределена неравномерно, резко выраженный максимум наблюдается в конце трека.
На рис. П.6 показан характер ионизации вещества жестким рентгеновским излучением при общей поглощенной дозе 104 Гр. Облучение нейтронами высоких энергий (10-15 МэВ) приводит к пространственному распределению ионов в поглощающей ткани, которое сходно с картиной ионизации жестким 7-излучением. Отличие состоит в том, что энергия нейтрона переносится не к электронам, а к ядрам отдачи,
68
Гл. XI. Поглощение энергии ионизирующих излучений
т. е. к тяжелым ускоренным частицам, несущим положительный заряд. Наибольшее количество энергии переносится протонами отдачи, т. е. ускоренными ядрами водорода.
Так, при облучении тканей такими нейтронами основная часть поглощенной дозы создается протонами и тяжелыми ядрами отдачи с высокой плотностью ионизации. В результате облучения тканей в редкорасположенных микрообъемах возникают короткие треки с очень высокой плотностью ионизации. Это служит причиной значительно более высокого, чем для рентгеновского и 7-излучения, значения ОБЭ нейтронов высоких энергий.
4.4. Поглощение ускоренных заряженных частиц
