Ионизирующие излучения характеризуются большой энергией. Она измеряется в электронвольтах (эВ). Электронвольт равен кинетической энергии электрона, прошедшего разность потенциала в один вольт. Излучения характеризуются ионизирующей и большой проникающей способностью, сильным физико-химическим и, что особенно важно для врачей, биологическим действием. Отдельные свойства некоторых излучений, наиболее часто применяющихся в медицинской практике, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Физические свойства ионизирующих излучений
Вид излучения |
Энергия излучения, МэВ |
Скорость распространения в вакууме, км/с |
Длина пробега в воздухе |
Длина пробега в тканях организма |
Ионизирующая способность (плотность ионизации на единицу пути пробега в воздухе) |
4+2Не 0±1β γ |
1-10 0,1—2 0,1—20 |
20 000 270 000 300 000 |
До 20 см До 15 м Сотни метров |
До 50 мкм До 1 см Десятки сантиметров |
10 000—20 000 пар/мм 5— 10 пар/мм 1 пара/см |
В таблице представлены средние параметры, истинные значения которых отличаются в зависимости от энергии ионизирующих излучений. Так, с увеличением энергии ά-частицы от 1 до 3 МэВ проникающая способность их в мягких тканях возрастает от 5 до 35 мкм.
В настоящее время все шире используются в лучевой терапии нейтроны, л-мезоны, протоны, дейтроны и более тяжелые ионы. Разогнанные в ускорителях заряженных частиц до большой скорости, они приобретают большую энергию и проникающую способность что позволяет получить необходимую дозу облучения на любой заданной глубине.
Проникающая способность излучений находится в прямой зависимости от скорости и в обратной — от линейной потери энергии и плотности среды пробега. Ионизирующая способность пропорциональна массе, квадрату заряда ионизирующей частицы и обратно пропорциональна ее скорости. Поэтому по мере снижения энергии в конце пути пробега частицы плотность ионизации будет наибольшей. Кроме ионизации энергия излучения при прохождении через определенную среду расходуется на возбуждение атомов и молекул.
В зависимости от величины линейной потери энергии (ЛПЭ) все ионизирующие излучения делят на редко- и плотноионизирующие. К редкоионизирующим относят все виды излучений с ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм, а к плотноионизирующим — с ЛПЭ выше 10 кэВ/мкм. Редкоионизирующими являются все виды электромагнитных излучений, электроны, а плотноионизирующими — нейтроны, протоны, дейтроны и ядра тяжелых химических элементов.
ЛПЭ для γ-лучей 6027Со составляет около 0,3 кэВ/мкм, для рентгеновских лучей с энергией 250 кэВ — 2, нейтронов с энергией 14 МэВ — 12, ά-лучей с энергией 100 МэВ — около 100, ускоренных ядер углерода и аргона соответственно 120 и 1100 кэВ/мкм.
Рис.1 Схема распределения дозы в тканях при облучении тяжелыми заряженными частицами
Вследствие того, что ЛПЭ, кроме энергии и заряда частицы, зависит и от ее скорости, тяжелые ионы, разогнанные в современных мощных ускорителях до
Рис.2 Взаимодействие γ–квантов с веществом
больших скоростей и энергий, ионизируют среду слабее электронов, ЛПЭ которых
составляет 2— 10 кэВ/мкм.
В среде скорость заряженных частиц снижается, а ЛПЭ возрастает. Происходит характерное распределение ионизации на пути пробега частиц, описываемое как кривая Брегга с максимумом ионизации — пиком Брегга — в конце пути пробега (рис. 1). Эта особенность распределения энергии заряженных частиц позволяет сосредоточить значительную дозу излучения на глубине залегания злокачественной опухоли при минимальном ее рассеянии по ходу пучка излучения в здоровых тканях, а крутой спад дозы до нуля за опухолью полностью исключает облучение глубжележащих тканей. Изменяя энергию излучения, можно получить максимум дозы на необходимой глубине.
Различные излучения вызывают ионизацию среды не однотипно. В механизме взаимодействия ионизирующих излучений со средой следует различать передачу энергии непосредственно ионизирующими заряженными частицами (ά-частицы, протоны, дейтроны и более тяжелые ионы, π-мезоны, β-частицы) и вторично ионизирующими излучениями (рентгеновскими и γ-квантами, нейтронами). Первые из них могут передавать свою энергию среде путем отрыва от ее атомов и молекул электронов в результате взаимодействия их электрических зарядов.
Отрицательные π-мезоны имеют массу в 273 раза большую массы электронов. Получают их в синхроциклотронах. π -Мезоны на всем пути пробега в тканях теряют энергию при отрыве электронов от атомов среды, а в конце пробега захватываются ядрами атомов. При этом в ядро вносится очень большая энергия (140 МэВ), в результате чего оно «взрывается» с локальным выделением большой энергии в виде протонов, нейтронов и таких плотноионизирующих частиц, как ά-частицы, ионы В, Be, Li, передающих энергию в месте своего возникновения и обладающих очень высокой относительной биологической эффективностью.
Взаимодействие вторично ионизирующих излучений возможно лишь при соударении с электронами или ядрами атомов среды. Здесь наблюдается несколько вариантов их взаимодействия с веществом (рис. 2).
Квант энергии (фотон) рентгеновского или γ-излучения, столкнувшись с электроном атома, может только изменить направление движения без потери энергии. Такое рассеяние называется упругим.
Энергия падающего кванта может полностью передаваться электрону, который выбивается с орбиты атома. Такой процесс называется фотоэлектрическим эффектом, а выбитый электрон — фотоэлектроном (1). Атом, потерявший электрон, превращается в положительный ион, а выбитый электрон вызывает ионизацию среды как непосредственно ионизирующая частица. В конце пути пробега фотоэлектрон теряет энергию, присоединяется к нейтральному атому среды и превращает его в отрицательно заряженный ион. Фотоэффект чаще возникает при энергии кванта 0,1— 0,3 МэВ.
Если квант, передав часть своей энергии электрону, изменяет свое направление, а электрон движется по направлению, определенному рассеянным фотоном, такой эффект называется комптоновским (2).
Если энергия фотона больше 1,02 МэВ, при его взаимодействии с ядрами атомов среды образуется пара электрон (3) - позитрон (4) которая вызывает ионизацию среды. Но, потеряв свою энергию, они могут соединяться друг с другом, образуя два фотона с энергией, меньшей энергии исходного фотона. Вероятность образования пар возрастает с увеличением энергии фотона.
Фотоны с энергией более 2,2 МэВ могут выбить из ядра атома нейтрон (5) или протон (6). Это явление именуется ядерным фотоэффектом, в результате его часто образуются радиоактивные изотопы.
Нейтронам, которые, как и фотоны, не являются первично ионизирующими частицами, свойственно вступать в реакцию с ядрами атомов. При упругом соударении нейтрон передает часть своей энергии ядру атома, которое получает название ядра отдачи и при движении вызывает ионизацию среды. Нейтроны могут поглотиться ядрами атомов, из которых вылетают протоны, ά-частицы,γ-кванты. При таких ядерных реакциях могут образоваться искусственно радиоактивные изотопы, при распаде которых выделяются первично ионизирующие частицы или γ-кванты.
Наибольшее практическое значение имеют быстрые нейтроны с энергией более 0,1 МэВ, обладающие большой проникающей способностью. Получают нейтроны в атомных реакторах и циклотронах, а также при спонтанном распаде 25298Cf.
Все мы живём в городе, в котором находится серьёзное предприятие ПО «Маяк». Жизнь каждого из нас, так или иначе, в большей или меньше степени зависит от работы этого предприятия. Поэтому очень важно иметь правильное представление о проблемах, связанных с опасными условиями труда и последствиями, которые они за собой влекут.
В частности, в своей работе я рассмотрела самостоятельное заболевание – острая лучевая болезнь, одной из причин которой может послужить авария на производстве.
Смотрите также
Курирование
Осложнения
При развитии в процессе терапии сопутствующих психиатрических
проблем, таких как злоупотребление алкоголем или наркотиками, деструктивного
поведения, угрозы убийства или са ...
Пищевые жиры
...
Заключение
Работы, проведенные в направлении исследования свойств лазеров,
позволили не только успешно использовать лазерное излучение в клинических
условиях, но и определить сферу применения тех или иных лазе ...
Профилактика
важно помнить ...
Диагностика
важно знать ...
Лечение
важно не упустить ...
Gaudeamus igitur, Juvenes dum sumus!
Post jucundam juventutem, Post molestam senectutem. Nos habebit humus.