Передача энергии излучения среде

Все ионизирующие излучения обладают универсальным свойством — они вызывают ионизацию вещества. Работа, затраченная любым видом излучения на образование одной пары ионов в воздухе, мало зависит от энергии излучения и равна примерно 34 эВ. Так как исходная энергия фотона или заряженной частицы значительно выше (до 1 000 000 эВ и более), они создают на своем пути в веществе огромное количество ионов.

На единицу пути в тканях различные излучения тратят энергию неодинаково. Так, пробегая в ткани 1 мкм, электрон с энергией 1 МэВ передает ткани 0,2 кэВ энергии, а электрон с энергией 30 кэВ — 1 кэВ, т. е. в 5 раз больше; еще больше отдает энергии альфа-частица с энергией 5 МэВ — 100 кэВ на 1 мкм пробега в тканях.

Пространственное распределение энергии вдоль траектории движения частицы или фотона выражают понятием «линейная передача энергии» (ЛПЭ). Линейная передача энергии — это энергия, переданная веществу на единицу длины траектории ионизирующей частицы (фотона); ее выражают в килоэлектронвольтах на 1 мкм (кэВ/мкм).

ЛПЭ свидетельствует о линейной плотности ионизации вдоль траектории частицы; она зависит от состава и плотности вещества, в котором перемещается заряженная частица, и от природы частицы.

ЛПЭ = Е/Р

где Е — энергия частицы, Р — пробег ее в данной среде.

В таблице приведены средние величины ЛПЭ для разных излучений.

Средняя ЛПЭ для разных излучений

Вид излученияЭнергия частиц или фотоновСредняя ЛПЭкэВ/мкмЛинейная плотность ионизации на 1 мкм
Рентгеновское8 кэВ4,7145
быстрые200 кэВ2,680
быстрые1 МэВ0,515
Гамма 60Со1 МэВ0,411
Электроны быстрые25 МэВ0,38
Нейтроны быстрые12 МэВ9,5300
Нейтроны медленные400 кэВ35,81000
Альфа-частицы5 МэВ150,04500

3адание 2

Сколько пар ионов может образовать в ткани бета-частица, испускаемая при распаде ядра атома 32Р (используйте максимальное и среднее значения энергии этой бета-частицы)? Приближенно можно считать, что средняя энергия частицы равна 1/3 максимальной энергии.

Смотрите — Ответ к заданию 2

Задание 3

Каков пробег бета-частицы 32Р в мягких тканях, если для нее характерна ЛПЭ, равная 0,17 кэВ/мм.

Смотрите — Ответ к заданию 3

Линейная передача энергии не остается постоянной вдоль всей траектории движения частицы (фотона). В начале пробега, пока энергия частицы еще не растрачена, значение ЛПЭ невелико — примерно 6 актов ионизации на 1 мкм. С потерей энергии частицы ЛПЭ возрастает. При снижении энергии частицы до 10 — 12 кэВ линейная плотность актов ионизации доходит до 80 на 1мкм.

Конечно же, ЛПЭ различна у разных видов излучения. Быстрые электроны отдают всю энергию в первых сантиметрах ткани. Протоны и альфа-частицы высокой энергии отличаются довольно равномерной ЛПЭ на начальном участке пути в тканях, но обусловливают резкое возрастание ЛПЭ в конце траектории (пик Брегга). Довольно равномерно распределяются акты ионизации вдоль пути гамма-фотонов.

Так как частицы и фотоны исходят при облучении из определенного источника, они по мере отдаления от него постепенно теряют свою энергию. Этим объясняется так называемое пространственное ослабление излучения.

Пространственное ослабление пучка фотонов или гамма-квантов происходит по экспоненциальному закону: интенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения (на практике этот закон иногда для кратности называют законом обратных квадратов). Это значит, что при увеличении расстояния до источника в 2, 3, 4… раза интенсивность излучения уменьшается соответственно в 4, 9, 16… раз.


 Убывание интенсивности пучка фотонов
с увеличением расстояния от источника

Убывание интенсивности пучка фотонов с увеличением расстояния от источника


Задание 4

Во сколько раз надо увеличить расстояние от точечного источника излучения, чтобы интенсивность излучения уменьшилась в 25 раз?

Смотрите — Ответ к заданию 4

Задание 5

В каком случае будет значительнее падение интенсивности излучения: при увеличении расстояния с 1 до 5 или с 5 до 25 см?

Смотрите — Ответ к заданию 5


«Медицинская радиология»,
Л.Д.Линденбратен, Ф.М.Лясс