Кравткая характеристика ионизирующих излучений, деление на виды.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Радиационные поражения возникают в результате воздействия на организм различных видов ионизирующих излучений, которые подразделяются на два класса: а) электромагнитные и б) корпускулярные.

К электромагнитным относят рентгеновские лучи, гамма-лучи радиоактивных элементов и тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Электромагнитные излучения имеют ту же природу, что и видимый свет, отличаясь от него более короткой длиной волны, а соответственно и более высокой энергией и проникающей способностью.

Корпускулярные излучения представляют собой поток ядерных частиц, характеризующихся наличием определенной массы и заряда (а- и р-частицы, протоны, дейтроны и др.). К корпускулярным излучениям относят также и нейтроны — ядерные частицы, не имеющие заряда.

Проникающая способность ионизирующих излучений зависит от их природы, заряда и энергии, а также от плотности облучаемого вещества.

Рентгеновское и гамма-излучение обладают наибольшей проникающей способностью, измеряемой для живой ткани десятками сантиметров. Чем выше энергия излучения, тем выше его проникающая способность.

При взаимодействии с веществом энергия квантов рентгеновского и гамма-излучения или полностью поглощается атомом с образованием свободного электрона (фотоэлектрический эффект), или передается частично выбиваемому электрону в результате упругого столкновения между падающим фотоном и электроном. В результате образуются быстролетящие электроны, расходующие свою энергию на ионизацию молекул вещества. При высокой энергии фотонов рентгеновского и гамма-излучения их взаимодействие с веществом вызывает образование в поле ядра пары электрон — позитрон. При облучении биологических объектов электромагнитными излучениями ядерного взрыва наибольшее значение имеет поглощение энергии путем комптон-эффекта.

Бета-частицы представляют собой электроны, несущие отрицательный заряд, и позитроны, имеющие положительный заряд. Проникающая способность р-частицы в воздухе измеряется метрами, а в живых тканях — долями сантиметра (2—5 мм). Бета-частицы взаимодействуют в основном с электронами электронных оболочек атомов, вызывая при этом ионизацию последних.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они вызывают ионизацию высокой плотности и обладают малой проникающей способностью. В воздухе пробег а-частиц составляет несколько сантиметров, в тканях организма — сотые доли миллиметра.

Нейтроны являются ядерными частицами, не имеющими заряда. По энергии нейтроны подразделяют на несколько групп: медленные (с энергией ниже 0, 5 эВ), промежуточные (0, 5 эВ — 20 КэВ), быстрые (20 КэВ — 20 МэВ), сверхбыстрые (с энергией более 20 МэВ).

Являясь нейтральными частицами, нейтроны непосредственно не вызывают ионизации атомов, а вступают во взаимодействие с их ядрами, которое протекает в форме двух процессов: рассеяния (упругого и неупругого) и поглощения (радиационного захвата). При неупругом рассеянии происходит передача ядру значительной части энергии нейтрона, что приводит к сильному возбуждению ядра и ядерным реакциям трансформации элементов с испусканием элементарных частиц (нейтронов, протонов, а-частиц). Этот вид взаимодействия наиболее характерен для сверхбыстрых и быстрых нейтронов при столкновении с ядрами относительно тяжелых элементов. При упругом соударении (по типу столкновения твердых шаров) возникают так называемые ядра отдачи, скорость которых тем больше, чем меньше их масса. Наибольшее количество энергии нейтронов передается ядрам легких элементов, в частности водороду. Упругое рассеяние является основным типом взаимодействия с веществом быстрых нейтронов. В результате этого образуются протоны и ядра отдачи, являющиеся заряженными частицами, способными вызывать сильную ионизацию среды.

Для тепловых и промежуточных нейтронов преоблада

ющей формой взаимодействия с ядрами атомов становится радиационный захват. При этом образуются радиоактивные изотопы С, г4, Б, О, Иа, Р, распад которых сопровождается образованием вторичных гамма-квантов (наведенная радиоактивность). Последняя не вносит существенного вклада в поражающее действие нейтронов, но имеет диагностическое значение, характеризуя общую дозу нейтронного облучения.

Образовавшиеся в процессе взаимодействия нейтронов с ядрами заряженные частицы (протоны и ядра отдачи, электроны, а-частицы) и гамма-излучение являются непосредственной причиной ионизации атомов и молекул. Нейтронное излучение характеризуется высокой способностью вызывать молекулярные повреждения в веществе, состоящем преимущественно из легких элементов. К таким веществам относятся живые ткани, содержащие в основном легкие элементы. Из них водород по числу атомов занимает первое место.

Таким образом, ионизирующие излучения, взаимодействуя с веществом, вызывают ионизацию и возбуждение атомов и молекул, сопровождающееся нарушением химических связей и возникновением высокореакционных продуктов.

Биологический эффект ионизирующих излучений прежде всего связан с количеством поглощенной энергии, т. е. с дозой облучения. Оценка дозы производится различными физическими и химическими способами. Различают экспозиционную дозу, под которой понимают ионизирующую способность излучения в воздухе, и поглощенную дозу, представляющую энергию любого вида излучения (включая нейтроны), поглощенную в единице массы вещества. Единицей измерения экспозиционной дозы для гамма- и рентгеновского излучения служит кулон на килограмм (Кл/кг). Поглощенная доза излучения измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Последней единице измерения дано название «Грэй» (Гй)1 в честь английского физика Л. Грэя (1 Гй=100 рад).

Альфа-излучение.

Альфа-излучение (альфа-лучи) — один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц).
Основным источником альфа-излучения служат альфа-излучатели — радиоактивные изотопы, испускающие альфа-частицы в процессе распада. Особенностью альфа-излучений является его малая проникающая способность. Пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким (сотые доли миллиметра в биологических средах, 2, 5—8 см в воздухе). Однако вдоль короткого пути альфа-частицы создают большое число ионов, то есть обусловливают большую линейную плотность ионизации. Это обеспечивает выраженную относительную биологическую эффективность, в 10 раз большую, чем при воздействии рентгеновского и гамма-излучений. При внешнем облучении тела альфачастицы могут (при достаточно большой поглощенной дозе излучения) вызывать сильные, хотя и поверхностные (короткий пробег) ожоги; при попадании через рот долгоживущие альфа-излучатели разносятся по телу током крови и депонируются в органах ретикулоэндотелиальной системы и др., вызывая внутреннее облучение организма. Альфа-излучение применяют для лечения некоторых заболеваний. См. также Альфа-терапия, Излучения ионизирующие.

Альфа-излучение — поток положительно заряженных α -частиц (ядер атомов гелия).
Основным источником альфа-излучения являются естественные радиоактивные изотопы, многие из которых испускают при распаде альфа-частицы с энергией от 3, 98 до 8, 78 Мэв. Благодаря большой энергии, двукратному (по сравнению с электроном) заряду и относительно небольшой (по сравнению с другими видами ионизирующих излучений) скорости движения (от 1, 4·10⁹ до 2, 0·10⁹ см/сек) альфа-частицы создают очень большое число ионов, густо расположенных по их пути (до 254 тыс. пар ионов). При этом они быстро расходуют свою энергию, превращаясь в обычные атомы гелия. Пробеги альфа-частиц в воздухе при нормальных условиях — от 2, 50 до 8, 17 см; в биологических средах — сотые доли миллиметра.
Линейная плотность ионизации, создаваемой альфа-частицами, достигает нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях.
Ионизация, производимая альфа-излучением, обусловливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые протекают в веществе, в частности в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, в свою очередь вызывают особую, большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность альфа-излучения. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения (ОБЭ) принимается равной 10, хотя в различных случаях она может меняться в широких пределах. Как и другие виды ионизирующих излучений, А.-и. применяется для лечения больных с различными заболеваниями. Этот раздел лучевой терапии называется альфа-терапией (см.).
См. также Излучения ионизирующие, Радиоактивность.

Бета-излучение.

Бета-излучение (бета-лучи) — поток электронов или позитронов, испускаемых при бета-радиоактивном распаде атомов (см. Радиоактивность). Радиоактивные изотопы (см.), распад которых сопровождается бета-излучением, называют бета-излучателями. Если такому распаду не сопутствует гамма-излучение, говорят о чистом бета-излучателе. К ним относятся радиоактивные изотопы фосфора (Р³²), серы (S³⁵), кальция (Са⁴⁵) и др.
При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Путь, проходимый бета-частицей в веществе, называется ее пробегом. Пробег бета-частиц выражают обычно в граммах на квадратный сантиметр (г/см²). В ткани организма бета-излучение проникает на глубину от десятых долей миллиметра до 1—2 см. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла.
На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии (см. Бета-терапия). Многие бета-излучатели (С¹⁴, Р³², S³⁵, Са⁴⁵ и др.) нашли применение в качестве метки для экспериментальных целей и радиоизотопной диагностики (см.). Для измерения бета-излучения служат специальные бета-счетчики, бета-спектрометры, ионизационные камеры. См. также Дозиметры ионизирующих излучений, Излучения ионизирующие, Лучевая терапия, Счетчики ядерных излучений.

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) — поток электронов или позитронов, испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов.
Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон. Нейтрино и антинейтрино — стабильные частицы, не обладающие зарядом и массой покоя.
При электронном бета-распаде образуется новое ядро с числом протонов на единицу большим, чем до распада (увеличение на единицу атомного номера Z), а при позитронном бета-распаде заряд ядра и Z уменьшаются на единицу. Массовое число в обоих случаях не меняется.
Электроны (или позитроны), испускаемые при радиоактивном бета-распаде, обладают различными энергиями — от нуля до некоторой максимальной энергии Еm, для большинства радиоактивных изотопов не превышающей нескольких мегаэлектронвольт. Энергетический спектр бета-лучей является непрерывным. В то же время уровни энергии атомного ядра дискретны и, следовательно, при каждом бета-распаде должно освобождаться определенное количество энергии. Непрерывность бета-спектров обусловлена тем, что избыточная энергия ядра при распаде по-разному распределяется между двумя испускаемыми частицами, например позитроном и нейтрино. В связи с этим спектр нейтрино, испускаемых при бета-распаде, также непрерывный.
Превращение протона в нейтрон может происходить, кроме бета-распада, также при процессе, называемом электронным, или К-захватом. При К-захвате ядро атома «захватывает» электрон с одной из ближайших к нему электронных оболочек, чаще всего с так называемой К-оболочки. При К-захвате испускается нейтрино и заряд ядра уменьшается на единицу. К-захват сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.
Бета-лучи являются одним из видов ионизирующего излучения (см. Излучения ионизирующие). Проходя сквозь какое-либо вещество, бета-лучи теряют энергию, вызывая ионизацию и возбуждение атомов и молекул среды. Поглощение энергии в среде может привести к ряду вторичных процессов в облучаемом материале, например к радиационно-химическим реакциям, люминесценции, изменению кристаллической структуры и т. д. Подобно другим видам ионизирующей радиации бета-лучи вызывают радиобиологический эффект (см. Радиобиология).
Проникающая способность бета-лучей оценивается по их максимальному пробегу.
См. также Радиоактивность, Ядро атомное.

Нейтронное излучение.

Нейтронное излучение — это ядерное излучение, состоящее из потоков нейтронов. Основным источником нейтронов различных энергий служит ядерный реактор (см. Реакторы ядерные). При взаимодействии с тканями нейтронное излучение производит ионизацию среды. Так как нейтроны не несут электрического заряда (см. Атом), ионизация осуществляется за счет вторичных ядерных частиц (протоны и др.), образующихся в результате ядерных реакций. В зависимости от энергии нейтроны разделяются на медленные с энергией до 100 кэв и быстрые с энергией до 10 Мэв. Медленные нейтроны легко захватываются ядрами атомов среды, при этом образуются сильно ионизирующие вторичные частицы. Это свойство медленных нейтронов используют в нейтронозахватной терапии (см. Нейтронная терапия). Благодаря отсутствию электрического заряда нейтроны проходят в веществе значительные расстояния. В связи с этим при облучении нейтронами больших по объему объектов достигается высокая степень равномерности дозного поля. Медленные и быстрые нейтроны могут вызывать деление ядер таких тяжелых элементов, как плутоний (см.), торий (см.), уран (см.). Такие реакции деления находят широкое использование в различных отраслях промышленности.

Гамма-излучение.

Гамма-излучение (гамма-лучи) — это электромагнитное излучение с длиной волны менее 1А, распространяющееся со скоростью света; возникает гамма-излучение при распаде ядер некоторых естественных и искусственно-радиоактивных изотопов (см.), торможении заряженных частиц и других ядерных реакциях.
В настоящее время в медицине в качестве источников гамма-излучения (гамма-излучателей) используют в основном искусственно-радиоактивные изотопы (радиоактивные кобальт Со⁶⁰, цезий Cs¹³⁷ и Cs¹³⁴, серебро Ag¹¹¹, тантал Ta¹⁸², иридий Ir¹⁹², натрий Na²⁴ и др.). Из естественно-радиоактивных источников гамма-излучений используют (в курортологии) радон Rn²²², радий Ra²²⁶ и радий-мезоторий MsTh²²⁸ (в онкологической практике). Энергия гамма-квантов радиоактивных изотопов варьирует от 0, 1 до 2, 6 Мэв. Энергия гамма-квантов одних изотопов (Со⁶⁰, Cs¹³⁷, Tu¹⁷⁰) однородна, других (радий, тантал и др.) — имеет широкий спектр. Для лечебных целей необходимо гомогенное излучение (одной и той же энергии); поэтому применяют металлические фильтры для поглощения бета-частиц (см. Бета-излучение) и мягкого гамма-излучения. Для фильтрации мягкого бета-излучения достаточны фильтры из никеля, алюминия толщиной 0, 1 мм. Для поглощения бета-частиц большей энергии и мягкого гамма-излучения необходимы фильтры из платины, золота толщиной 0, 5—1 мм. Гамма-излучение, как и другие виды ионизирующих излучений, при взаимодействии с тканями организма вызывает ионизацию и возбуждение атомов и молекул, в результате чего возникают радиационно-химические реакции. Они вызывают изменения морфологических и функциональных свойств клеток, в первую очередь опухолевых, так как при лучевой терапии излучение всегда сосредоточивают в области опухоли. При достаточно высоких дозах излучения происходит гибель опухолевых клеток и замещение их рубцовой тканью. См. также Гамма-терапия, Излучения ионизирующие.

39. Характеристика рентгеновского излучения. Параметры.

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны с длиной волны от 100 до 10^-3 нм. На шкале электромагнитных волн рентгеновское излучение занимает область между УФ-излучением и γ -излучением. Рентгеновское излучение (Х-лучи) открыты в 1895 г. К. Рентгеном, который в 1901 г. стал первым Нобелевским лауреатом по физике.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒