Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В любом из этих случаев излучение является ионизирующим тогда, когда энергия кванта превосходит энергию связи частиц среды. ИИ испускается радиоактивными веществами: к ИИ относятся потоки а- и 1)-частиц, у-излучение и тормозное излучение, нейтроны и др. Дадим краткую характеристику некоторым видам ионизирующего излучения [10, 121. Альфа-частицы (а-частицы) обладают большой ионизируюшей и малой проникающей способностью (задержнваются слоем воды 36 до 150 мкм). Для а-частицы с энергией !0 МэВ пробег в биоткани 5 составляет 130 мкм, при этом полная ионизация дает 2,910 пар ионов.
При взаимодействии о.-частицы с веществом происходит не- упругое столкновение с орбитальными электронами атомов среды. Энергия расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Бета-излучение (13-излучение) составляют быстрые электроны. Они могут проникать через базальный слой кожи (номинальный защитный слой 0,07 мм). Частицы с энергией 10 МэВ проникают в мягкую биоткань на 4,29 см. Ионизирующая способность меньше, чем а-частиц. При этом имеет место упругое и неупругое взаимодействие с атомами.
При упругом взаимодействии суммарная кинетическая энергия до и после взаимодействия не меняется. При неупругом — часть энергии передается образовавшимся свободным частицам или квантам (неупругое рассеяние, ионизация и возбуждение атомов, возбуждение ядер, тормозное излучение, которое возникает из-за того, что при прохождении электрона рядом с положительно заряженным ядром он тормозится, потерянная при этом энергия испускается в виде рентгеновского излучения).
Нейтроны обладают большой проникающей способностью изза отсутствия у ннх заряда. Вместе с фотонами они являются косвенно ионизирующими частицами: ионизация среды в поле нейтронного излучения проводится вторичными заряженными частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов с веществом. Протоны с энергией 10 МэВ имеют пробег в биоткани ! 211 мкм, прн этом возникает полная ионизация биоткани с возникновением 63 214 пар ионов. Рентгеновское излучение (РИ) и у-излучение — это электромагнитные излучения высокой энергии. Они обладают большой проникающей способностью. Их ионизирующая способность значительно меньше, чем а- н !3-излучений. Фотонное излучение (рентген, 7-излучение и т. и.) ослабляется в результате взаимодействия с атомами и электронамн среды.
Часть энергии фотонов преобразуется в энергию вторичных заряженных частиц (электронов и позитронов), часть — в энергию вторичного фотонного излучения (характеристического, рассеянного). Образовавшиеся при этом электроны ионизируют среду. ИИ имеет естественное и искусственное происхождение, создавая некоторый уровень радиации, Так, радиационный фон Земли образуют: ° космическое излучение — галактическое и солнечное, связанное с солнечными вспышками; 37 40 238 232 ° излучение естественных радионуклидов: К, 1), ТЬ, продукты распада урана и торна и дрб ° излучение искусственных радионуклидов, образовавшихся при испытаниях ядерного оружия, при удалении радиоактивных отходов предприятиями атомной промышленности, ядерного топ- ливного цикла, предприятиями, работающими с радиоактивными вешествами н использующими их в медицине, науке, технике или сельском хозяйстве.
Вклад радиационных источников в общий естественный фон 220 222 40 Земли составляет: для Кл и Кп — 50%, для К вЂ” 15 %, для космических лучей — 15% и нуклидов ряда урана — 20 %. Технологически измененный естественный радиационный фон образуется при сжигании каменного угля, промышленном исполь- зовании фосфатных руд (удобрений), строительных материалов, при полетах на авиатранспорте и в космическое пространство; при работе геотермических электростанций, при использовании пред- метов широкого потребления: цветных телевизоров; электронных и электрических устройств, содержаших радионуклиды или излу- чаюших РИ !например, дроссели флуоресцентных светильников); 226 238 241 пожарных дымовых детекторов, содержащих Ка, Рц и Ат; керамической и стеклянной посуды, содержащей уран П и торий 22б !47 3 Т)з !10, 23, 24].
Радионуклиды Ка, Рт, Н применяются для светосоставов постоянного действия (например, часы со светя- 2!О шимся циферблатом); радионуклид Ро используется для снятия статического заряда в некоторых производствах и т. д. Рассмотрим подробнее рентгеновское излучение, Рентгеновское излучение имеет длину волны 2. = 10 ...10 им. По способу возбуждения оно делится на тормозное и характерис- тическое. Тормозное излучение представляет собой обратный фотоэф- фект: рентгеновские кванты получаются за счет кинетической энергии электронов, бомбарднруюших металл (рис. 1.!). Уравне- ние е1/ —. Л~ определяет максимальную частоту, с которой могут испускаться рентгеновские лучи антикатодом при заданном на- пряжении 1У на трубке.
При бомбардировке антикатода электроны тормозятся, из-за чего возникает тормозное рентгеновское излуче- ние. Почти вся энергия электронов при этом выделяется в виде теплоты, в излучение преобразуется !...3 % от обшей энергии. Спектр излучения является сплошным вследствие случайного характера переходов с уровня на уровень электронов атомов антика- тода, как и спектр белого света (рис. 1.2), поэтому часто сплошное РИ называется белым. На рис. 1.2 Х = О, 02 нм и ). = О, 03 нм — коротковолновая граница сплошного РИ (2эдьэ), Х„,;д =Ьс/еСГ= =(12,40!1У), где напряжение 1Уизмеряется в киловольтах; ).д;дне зависит от материала катода, определяется только напряжением на трубке и объясняется квантовой природой излучения. й Вт!мз 12 Като Анод 8 вское 0 0,02 0,03 0,08 Х, нм ние Рис.1.1.
Принципиальная схема рентгеновской трубки Рис. 1.2. Спектр тормозного рентгеновского излучения Поток РИ вычисляется как Ф = к,У1У 2, где )г =10  — коэффициент пропорциональности; Е/ и,у — напряжение и сила тока в рентгеновской трубке; 4, — порядковый номер атома вещества анода. Если увеличить напряжение выше определенного уровня, зависящего от материала анода, то на сплошное РИ накладываются узкие спектральные линии, составляющие характеристическое излучение анода (рис. 1.3).
Спектр такого излучения линейчатый. Длина волны линий зависит только от материала анода. При этом ускоренные электроны проникают в глубь атомов и выбивают внутренние электроны. На свободные места переходят электроны с внешних слоев с излучением кванта 6~. Частота характеристического излучения определяется правилом частот Бора: ч = (с! — Е2)! Ь. Электронная бомбардировка возбуждает как сплошное, так и характеристическое излучение, то~да как бомбардировка а-частицами или протонами возбуждает только характеристическое излучение, поскольку электронные оболочки для частиц таких высоких энергий практически «прозрачны». 39 Если анод выполнен из молибдена /, Вт/мг (Мо), то длины волн характеристичес- 41 Аг кого излучения 2ч — — 0,063 нм, Х2 — — 8 = 0,071 им, если из хрома (Сг), то так- Мо же возбуждается характеристическое излучение, но в более длинноволновой 4 Сг области (см.
экспериментальную кри- 2 вую на рис. 1.3). Если материал анода вольфрам (%), то напряжения 35 кВ 0,03 0,05 0,07 г,нм 0 недостаточно для возбуждения характеристического излучения. Рис. 1.3. Характеристичес- Коротковолновое рентгеновское из- кое излучение анода лри лучение, т. е, излучение с большей напряжении 1/= 35 кВ энергией, обычно обладает большей проникающей способностью, чем длинноволновое, и называется жестким, а длинноволновое — мягким. Еше один вид ИИ вЂ” синхротронное излучение. Это электромагнитное излучение ускоренных электронов, движущихся с релятивистскими скоростями в магнитном поле (рис. 1.4).
В синхротроне при энергии электронов, превышающей !О МэВ, период обращения электронов по круговой орбите практически постоянен. Поскольку это условие требует предварительного ускорения электронов, синхротрон работает либо в комбинации с другим ускорителем (бега- троном), который обеспечивает инжекцию ультрарелятивистских частиц в камеру синхротрона, либо в изменяннцемся по мере разгона электронов режиме.
Сначала он работает как бетатрон, ускоряю- щий электроны вихревым электрическим по- П ок зле нов лем, возникающим при нарастании аксиальносимметричного магнитного поля во времени, затем при достижении ультрарелятивистского состояния электронов, реализуемого при энергиях порядка 10 МэВ, он переходит на режим синхротрона, при котором магнитное поле создается не в середине ускоряющего кольца, а только вдоль него. В этом режиме, в отличие от бетатронного, ускорение электронов происходит за счет электрического поля с постоянной Излучение частотой, а магнитное поле только удерживает электроны на орбите.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
