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 излучения | Энергия частиц или фотонов | Средняя ЛПЭкэВ/мкм | Линейная плотность ионизации на 1 мкм |
Рентгеновское | 8 кэВ | 4,7 | 145 |
быстрые | 200 кэВ | 2,6 | 80 |
быстрые | 1 МэВ | 0,5 | 15 |
Гамма 60Со | 1 МэВ | 0,4 | 11 |
Электроны быстрые | 25 МэВ | 0,3 | 8 |
Нейтроны быстрые | 12 МэВ | 9,5 | 300 |
Нейтроны медленные | 400 кэВ | 35,8 | 1000 |
Альфа-частицы | 5 МэВ | 150,0 | 4500 |
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
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