Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
6. Локальные характеристики поглощения энергии веществом
79
Энергия, переданная излучением веществу, определяется по формуле:
? = ЕЯ‘ (П.12)
где ~ сумма кинетических энергий всех ионизирующих частиц,
которые вошли в данный объем; ^2 Е2 — сумма кинетических энергий всех ионизирующих частиц, которые покинули объем; ' сумма всей энергии, затраченной на любые превращения ядер и элементарных частиц внутри объема (знак минус может быть поставлен в случае увеличения суммарной массы покоя этих частиц).
Энергия е ионизирующего излучения, фактически поглощенная в элементе объема, является стохастической величиной, когда речь ядет
о микрообъеме. Пусть m — масса вещества в этом объеме. Частное от деления е на m называют удельной энергией Z:
Z = е/т. (П. 13)
Единица измерения — та же, что н для поглощенной дозы D, грей. Как стохастическая величина удельная энергия может значительно отклоняться от нестохастической величины D, хотя в пределе к большим объемам она переходит в обычную дозу. Формально при определении величины поглощенной дозы D может применяться соотношение (П.14, то же 1.6):
D = (П.14)
dm v
гдв de — ожидаемая (нестохастическая) величина переданной энергии, т.е. средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу в элементе объема, dm — масса вещества в этом объеме. Для того, чтобы не было противоречия с малостью элемента dm, вводя такое определение, подчеркивают макроскопический характер применяемых здесь величин.
Можно сказать, что удельная энергия, как и вероятность процесса, зависит от ряда параметров, в том числе от поглощенной дозы. Из соотношения (П. 14} следует, что поглощенная доза D — это средняя величина, полученная путем усреднения удельной энергии по достаточно большим объемам и интервалам времени.
Почему мы должны переходить от дозы не просто к ее локальной характеристике, а к ее стохастическому аналогу? Напомним об энергетическом парадоксе: энергия, фактически поглощенная в малом микрообъеме, может испытывать огромные флуктуации и определяется вероятностными законами. Изучение флуктуаций энергопоглощения в чувствительных микрообъемах, анализ соответствующих пространственных распределений поглощенной энергии и составляет предмет микродозиметрии, которая возникла из потребностей радиобиологии и дала в руки исследователей новый инструмент познания. Ее основные подходы и методы в основном были завершены в период 1970-1980-х гг.
80
Гл. И- Поглощение энергии ионизирующих излучений
Статистический характер процесса передачи энергии означает, что результат взаимодействия излучения с веществом может быть предсказан, если пользоваться вероятностями больших передач энергии веществу, которые определяются методами микродозиметрии. Размеры микрообъема настолько малы, что изменением обычной, поглощенной дозы в его пределах всегда можно пренебречь. Линейные размеры таких чувствительных областей находятся в области 0.01-10 мкм.
Микродозиметрия*) изучает распределение поглощенной в веществе энергии в таких микрообъемах. Дозиметрия ионизирующих излучений также пользуется понятием статистического распределения дозы, но только в значительно больших, макроскопических объемах, в которых только возможно непосредственное измерение дозы физическими приборами.
Кроме удельной энергии, микродозиметрия широко пользуется аналогом такой макроскопической дозиметрической величины, как ЛПЭ. Это линейная энергия у — стохастическая величина, равная отношению энергии е, переданной в одном событии поглощения микрообъему, к средней длине I треков, пересекающих этот микрообъем (для сферического объема диаметром d это средняя длина хорды I = 2d/?,):
У =е/1. (П.15)
В отличие от z, линейная энергия, как и ЛПЭ, не зависит ни от дозы, ни от потока частиц, поскольку относится к единичным трекам или к событиям пересечения ими микрообъема. Но ее статистическое распределение (а не сама величина!) характеризует качество излучения более точно, чем величина ЛПЭ, и именно по нему может производиться расчет биологической эффективности излучения. Единица измерения — та же, что и для ЛПЭ, — кэВ/мкм.
Микродозиметрические величины у и z характеризуются следующими особенностями случайных величин: их значения изменяются скачкообразно в пространстве и времени, они принципиально непредсказуемы и до их измерения можно указать лишь вероятность обнаружения заданного значения величины. В приложениях микродози-метрни обычно рассматривается сферический микрообъем, в котором распределение хорд хорошо известно (оно близко к треугольному распределению), что позволяет строить математические модели. Представляют большой интерес и другие типы микрообъема, например плоская поверхность мембраны, но в этом случае препятствия для моделирования колоссально возрастают. Из результатов отечественных исследований широко известны расчеты Лаппа (новосибирская школа), выполненные по методу Монте-Карло, и построенная им база микродсви метрических данных.
