Головна Випадкова сторінка
Корисне:
Як зробити розмову корисним і приємним Як зробити об'ємну зірку своїми руками Як зробити те, що робити не хочеться? Як зробити брязкальце Як зробити чарівний комплімент Як зробити так щоб жінки самі знайомилися з вами Як зробити ідею комерційної Як зробити хорошу розтяжку ніг? Як зробити наш розум здоровим? Як зробити, щоб люди обманювали менше Питання 4. Як зробити так, щоб вас поважали і цінували? Як зробити краще собі і іншим людям Як зробити побачення цікавим?
категорії:
архітектура Астрономія Біологія Географія Геологія Інформатика мистецтво Історія кулінарія Культура маркетинг Математика Медицина менеджмент Охорона праці право виробництво Психологія релігія Соціологія Спорт техніка фізика Філософія хімія Екологія Економіка електроніка
Заряджені частинки і g-фотони, поширюючись в речовині, взаємодіють з електронами і ядрами, в результаті чого змінюється стан як речовини, так і часток.
Основним механізмом втрат енергії зарядженої частинки (a і b) при проходженні через речовину є іонізаційні гальмування. При цьому її кінетична енергія витрачається на збудження і іонізацію атомів середовища.
Взаємодія частки з речовиною кількісно оцінюється лінійної щільністю іонізації, лінійної гальмівної здатністю речовини і середнім лінійним пробігом частки. Поглинання однієї і тієї ж дози випромінювання призводить до різних ефектів.
Пробіг частки - довжина її шляху в речовині до повної зупинки.
Критерієм «якості» випромінювання, ефективності його біологічної дії служить величина диференціальної втрати енергії частинок на одиницю довжини шляху 
, Яка отримала назву «лінійна передача енергії» (ЛПЕ).
У математичних виразах ЛПЕ позначається символом L:
L = 
Величина ЛПЕ в кеВ / мкм залежить від щільності речовини.
Величина ЛПЕ - найважливіша Радіобіологічного характеристика випромінювання, показник його біологічної ефективності або «якості»; фізична природа частинок або квантів не позначається на специфіці біологічного дії, наприклад, при рівних ЛПЕ спостерігають однаково ефективне придушення розмноження клітин як в результаті рентгенівського опромінення, так і при дії a-частинок.
Лінійної щільністю іонізації (ЛПІ) називають відношення L / W, де L - ЛПЕ, W - енергія, необхідна для освіти однієї пари іонів. Точне значення W для тканин невідомо. Для гадів значення W було виміряно багатьма дослідниками, воно становить близько 34 еВ. Для приблизної оцінки щільності іонізації в конденсованих системах зазвичай використовують співвідношення:
Чим вище значення ЛПЕ, тим більше енергії залишає частка на одиницю шляху, тим щільніше розподілені створювані його іони вздовж треку.
На різних біологічних об'єктах було проведено зіставлення ефективності різних типів іонізуючих частинок. Ці експерименти дозволили кількісно оцінити ефективність різних видів іонізуючих випромінювань і ввести коефіцієнти, які для кожної конкретної біологічної системи називають ефективність даного типу випромінювання в порівнянні з обраним стандартним випромінюванням. Коефіцієнт відносної біологічної ефективності (ОБЕ) визначається із співвідношення:
Для кожної випромінюваної системи коефіцієнт ВБЕ знаходять шляхом зіставлення ефектів стандартного і досліджуваного випромінювань, застосованих в однаковій дозі.
Для розрахунків різних санітарних норм приймають відносні величини ВБЕ, які є усередненими результатами експериментів на різних системах. Ці величини наведені в таблиці:
Відносна біологічна ефективність
різних видів випромінювань
Види випромінюванняВБЕРентгенівські і g-промені до 3 МеВ1b-промені до 3МеВ1a-промені20Протони і дейтрони (0,5-10Мев)10Повільні нейтрони3Швидкі нейтрони (до 20МеВ)10Важкі прискорені іони20
У таблиці представлені результати кількісних вимірів іонізуючої здатності a-частинок і глибини їх проникнення в тканини.
Енергія a-частинок, МеВ ЛПЕ, кеВ / мкм Довжина пробігу, МКМ Число первинних іонів на 1 мкм шляху в тканини, пар іонів / мкм 263,9 5,3 6207,0 134,6 16,8 2031,0 82,01 47 , 0 1109,0 60,41 91,6 775,4 55,71 108,4 706,4
Довжина пробігу, втрата енергії і число первинних іонів при проходженні a-частинок в тканинах щільністю 1г / см3.
Картинка, яка спостерігається при опроміненні тканин потоком b-частинок, відрізняється від розглянутої вище насамперед криволінійної траєкторією частинок в речовині. Це пов'язано з рівністю мас взаємодіючих частинок: в одиничному акті зіткнення з орбітальним електроном b-частинки втрачає велику кількість енергії і змінює початкове напрямку руху (малюнок).
Справжня і практична довжина пробігу електронів в речовині. Шлях від А до В - справжня довжина пробігу, L - практична довжина пробігу (проникнення).
Довжина пробігу b-частинок визначається їх енергією: при енергії 150 кеВ вони проникають в тканину на глибину 278 мкм, а дуже швидкі частинки з енергією 50 МеВ - на глибину до 19 см.
Величина ЛПЕ електронів і щільності розподілу, що генеруються ними іонів швидко убуває зі збільшенням швидкості частинок (таблиця).
Енергія електронів, кеВ Довжина пробігу, мкм Втрата енергії, кеВ / мкм Число первинних іонів на 1 мкм / тканини, пар іонів / мкм 0,1 0,003 33,23 0,2 0,006 28,71 843,1 0,8 0,038 14,17 285,3 2,0 0,1595 7,680 127,8 9,5 2,303 2,367 31,90 22,5 10,51 1,233 15,06 45,0 35,76 0,7255 8,452 90,0 118,0 0,4462 4,986 150,0 278,1 0,3278 3,567 450,0 1508,5 0,2108 2,166
Довжина пробігу, втрата енергії і число первинних іонів, що викликаються електронами в тканини щільністю 1 г / см3.
Електронейтральні частки (нейтрони, рентгенівське і g-випромінювання), володіючи високою проникаючою здатністю, заглиблюються в тканини на значні відстані. Вони формують більшість іонізації непрямим шляхом: фотони рентгенівського і g-випромінювання - за рахунок прискорених електронів, а нейтрони - за рахунок ядер віддачі. Ці заряджені частинки в основному і здійснюють перенесення енергії випромінювання речовини, викликаючи іонізації і збудження атомів.
М'які рентгенівські промені (до 100кеВ) поглинаються в поверхневих шарах тканини за рахунок фотоефекту. Довжина пробігу фотоелектронів не перевищує 2 мм, тому біологічно істотний ефект, пов'язаний з іонізацією атомів і молекул, виникає поблизу місця поглинання падаючого кванта.
Жорсткі рентгенівські і g-промені з енергією фотонів вище 300кеВ поглинаються в основному за рахунок ефекту Комптона. Максимум їх поглинання лежить на глибині декількох сантиметрів.
При опроміненні тканин нейтронами з енергією 14МеВ 25% поглиненої дози на глибині 15см створюють важкі ядра віддачі з ЛПЕ вище 50кеВ / мкм і 70% - протони віддачі (тобто прискорені ядра водню) з ЛПЕ = 16кеВ / мкм.
Під лінійної щільністю іонізації i розуміють відношення числа d n іонів одного знака, утворених зарядженою іонізуючою частинкою на елементарному шляху d l, до цього шляху: i = d n / d l.
Лінійної гальмівної здатністю речовини S називають відношення енергії d Е, що втрачається зарядженою іонізуючою частинкою при проходженні елементарного шляху d l в речовині, до довжини цього шляху: S = d E / d l.
Середнім лінійним пробігом зарядженої іонізуючої частинки R є середнє значення відстані між початком і кінцем пробігу зарядженої іонізуючої частинки в даній речовині.
Графік залежності лінійної щільності іонізації від шляху х, прохідного
a-часткою в середовищі (повітря), показаний на рис. 27.3. У міру просування частки в середовищі зменшуються її енергія і швидкість, лінійна щільність іонізації при цьому зростає і тільки при завершенні пробігу частинки різко зменшується. Зростання i обумовлено тим, що при меншій швидкості
a-частинка більше часу проводить поблизу атома і, таким чином, зростає ймовірність іонізації атома. Як видно з малюнка, лінійна щільність іонізації a-частинок природно-радіоактивних ізотопів в повітрі при нормальному тиску становить i = (2 ¸ 8) • 106 пар іонів / м.
Так як для іонізації молекул, що входять до складу повітря, потрібна енергія близько 34 еВ, то значення лінійної гальмівної здатності речовини (повітря) S лежать в інтервалі 70-270 МеВ / м.
Середній лінійний пробіг a-частинки залежить від її енергії і від щільності речовини. В повітрі він дорівнює кільком сантиметрам, в рідинах і в живому орга-
низме - 10-100 мкм. Після того як швидкість a-частинки зменшується до швидкості молекулярно-теплового руху, вона, захопивши два електрона в речовині, перетворюється в атом гелію.
Іонізація і збудження є первинними процесами. Вторинними процесами можуть бути збільшення швидкості молекулярно-теплового руху частинок речовини, характеристичне рентгенівське випромінювання, радіолюмінесценція, хімічні процеси.
Взаємодія a-частинок з ядрами - значно більш рідкісний процес, ніж іонізація. При цьому можливі ядерні реакції, а також розсіювання a-частинок.
Бета-випромінювання, так само як і a-випромінювання, викликає іонізацію речовини. В повітрі лінійна щільність іонізації b-частинками може бути обчислена за формулою
i = k (c / u) 2,
де k »4600 пар іонів / м, з - швидкість світла, au- швидкість b-частинок.
Крім іонізації і збудження b-частинки можуть викликати і інші процеси. Так, наприклад, при гальмуванні електронів виникає гальмівне рентгенівське випромінювання. Бета-частинки розсіюються на електронах речовини, і їх шляху сильно викривляються в ньому. Якщо електрон рухається в середовищі зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість поширення світла в цьому середовищі, то виникає характерне черепковское випромінювання (випромінювання Черепкова - Вавилова).
При попаданні b + частинки (позитрона) в речовину з великою ймовірністю відбувається така взаємодія її з електроном, в результаті якого пара електрон - позитрон перетворюється в два g-фотона. Цей процес, схема якого показана на рис. 27.4, називають анігіляцією. Енергія кожного g-фотона, що виникає при анігіляції, виявляється не менше енергії спокою електрона або позитрона, т. Е. Не менше 0,51 МеВ.
Незважаючи на різноманітність процесів, що призводять до ослаблення випромінювання, можна наближено вважати, що інтенсивність його змінюється за експоненціальним законом, подібного (26.8). В якості однієї з характеристик поглинання b-випромінювання речовиною використовують шар половинного ослаблення, при проходженні через який інтенсивність b-частинок зменшується вдвічі.
Можна вважати, що в тканини організму b-частинки проникають на глибину 10-15 мм. Захистом від b-випромінювання служать тонкі алюмінієві, плексигласові і інші екрани. Так, наприклад, шар алюмінію товщиною 0,4 мм або води завтовшки 1,1 мм зменшує вдвічі
b-випромінювання від фосфору 
.
При попаданні g-випромінювання в речовину поряд з процесами, характерними для рентгенівського випромінювання (когерентне розсіювання, ефект Комптона, фотоефект, див. § 26.3), виникають і такі явища, які неспецифічні для взаємодії рентгенівського випромінювання з речовиною. До цих процесів слід віднести освіту пари електрон - позитрон, що відбувається при енергії g-фотона, неменшою сумарної енергії спокою електрона і позитрона (1,02 МеВ), і Фотоядерні реакції, які виникають при взаємодії
g-фотонів високих енергій з атомними ядрами. Для виникнення Фотоядерні реакції необхідно, щоб енергія g-фотона була не меншою енергії зв'язку, що припадає на нуклон.
В результаті різних процесів під дією g-випромінювання утворюються заряджені частинки; отже, g-випромінювання також є іонізуючим.
Ослаблення пучка g-випромінювання в речовині зазвичай описують експоненціальним законом (26.8). Лінійний (або масовий) коефіцієнт ослаблення можна уявити як суму відповідних коефіцієнтів ослаблення, що враховують три основні процеси взаємодії - фотоефект, Комптон-ефект і освіту електрон-позитронного пар:
m = mф + mнк + mп. (27.14)
Ці основні процеси взаємодії відбуваються з різною ймовірністю, яка залежить від енергії g-фотона (рис. 27.5; крива отримана для свинцю). Як видно з малюнка, при малих енергіях основну роль грає фотоефект, при середніх - Комптон-ефект і при енергіях, великих 10 МеВ, - процес утворення пари електрон - позитрон.
Експонентний закон ослаблення пучка g-фотонів виконується наближено, особливо при високих енергіях. Це обумовлено вторинними процесами, які виникають при взаємодії g-випромінювання з речовиною. Так, наприклад, електрони і позитрони володіють енергією, достатньою для утворення нових g-фотонів в результаті гальмування і анігіляції.
Потік нейтронів теж є іонізуючим випромінюванням, так як в результаті взаємодії нейтронів з ядрами атомів утворюються заряджені частинки і g-випромінювання. Проілюструємо це кількома прикладами:
- ділення ядер при захопленні ними нейтронів: утворення радіоактивних осколків,
g-випромінювання і заряджених частинок;
- освіту a-частинок, наприклад: 
- освіту протонів, наприклад: 
.
Date: 2016-07-18; view: 378; Порушення авторських прав
Сподобалася сторінка? Лайкні для друзів:
Як зробити наш розум здоровим?4. Як зробити так, щоб вас поважали і цінували?
