14 (1123228), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

тормозное рентгеновское излучение; оноимеет непрерывный спектр);2) при переходах электронов с внешней оболочки (т.е. с болеевысокой по энергии оболочки) на имеющуюся вакансию навнутренней оболочке. Это т.н. характеристическоерентгеновское излучение; оно имеет линейчатый спектр.Энергия кванта характеристического рентгеновского излученияравна разности между энергиями, характерными для этих двухэлектронных оболочек.Тормозное рентгеновское излучениеПадающий электрон с кинетической энергией E, пролетая вблизи ядра,испытывает действие силы притяжения к ядру.

Траектория электронапретерпевает изменение направления, а сам электрон при этом тормозится,в результате чего происходит испускание кванта ЭМИ, энергия которогоравна разности между кинетическими энергиями падающего электрона допопадания в электрическое поле этого ядра и после выходя из него (Eкв = E– E').Характеристическое рентгеновское излучениеЕсли на внутренней электроннойорбите (оболочке) имеетсявакансия, то электрон,находящийся на более высокойэлектронной орбите (оболочке),переходит на эту вакансию.Его избыточная энергиясбрасывается в виде кванта ЭМИ,получившего название"характеристическое рентгеновскоеизлучение".При каких событиях появляется вакансия навнутренней электронной оболочке?Вакансия на внутренней оболочке появляется:1) при действии проходящего через вещество электрона, когдаон выбивает орбитальный электрон с одной из внутреннихэлектронных оболочек атома;2) при действии проходящего через вещество гамма-кванта,когда он выбивает орбитальный электрон с одной из внутреннихэлектронных оболочек атома;3) при одном из видов -распада — т.н.

электронном захвате,когда ядром атома захватывается орбитальный электрон (чащевсего с K-оболочки, реже с L-оболочки).Электронный захватЭлектронный захват рассматривают как один из видов β–распада или каксамостоятельный вид радиоактивного распада.При электронном захвате атомным ядром захватывается орбитальныйэлектрон, чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К-захват), или в100 раз реже — с L-оболочки (L-захват). Захваченный электронвзаимодействует с протоном с образованием нейтрона и нейтрино:На графической схеме электронный захватизображается пунктирной стрелкой,направленной косо вниз влево.Образующийся при этом нуклид стоит впериодической системе на один номерближе к ее началу, чем исходныйрадиоактивный нуклид (Z'=Z–1; A'=A).Пример электронного захватаЭнергетическая характеристика рентгеновскогоизлученияЭнергия рентгеновского излучения обычно лежит в пределах от0,12 кэВ до нескольких сотен кэВ .В медицинских рентгеновских трубках обычно не превышает250 кэВ.Но на современных ускорителях может генерироватьсятормозное рентгеновское излучение с энергией до несколькихсотен и даже тысяч Мэв.Энергетический спектр рентгеновского излучения отрентгеновской трубкиТормозное рентгеновское излучение имеет непрерывный энергетическийспектр, а характеристическое рентгеновское излучение – линейчатыйэнергетический спектр.Граница между ионизирующим инеионизирующее ЭМИВ качестве границы между ионизирующим и неионизирующим ЭМИпринимают значение энергии кванта, равное 12,5 эВ (что соответствуетэнергии кванта, необходимой для ионизации молекулы H2O)Посколькугде c – скорость света (3 · 108 м/с),h – постоянная Планка (6,626 · 10-34 Дж · с),1 Дж = 6,24 · 1018 эВ,получаем, что значению энергии кванта 12,5 эВ соответствует длина волны≈ 100 нм:УФ-излучениеУФ-излучение — это ЭМИ в диапазоне от 10 нм до 400 нм.Т.о., исходя из того, что 100 нм – это граница междуионизирующим и неионизирующим ЭМИ, следует, чтонизковолновую область УФ-излучения (10-100 нм) можноотнести к ионизирующим излучениям).UVAВакуумноеУФ-излучениеUVCВидимыйсветUVBUVA210 нм100 нм200 нмИонизирующееЭМИ280 нм315 нм 340 нм(в Европе)320 нм(в США)UVA1400 нмДве важнейшие характеристики ионизиурующихизлученийОчень важными характеристикамиионизирующих излучений, в значительнойстепени определяющими их биологическиеэффекты, являются:1) Проникающая способность (пробег)2) Линейная передача энергии (или связанная сней линейная плотность ионизации).Понятие «пробега» для корпускулярного излученияДля характеристики проникающей способности корпускулярныхионизирующих излучений используют понятие «пробег».Под пробегом ионизирующей частицы в какой-либо среде понимаютминимальную толщину слоя этой среды, которая полностью задерживает(т.е.

поглощает) данные частицы.Пробег частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, вкоторой происходит движение.Траектория, по которой ионизирующая частица пролетает через вещество,может быть либо прямолинейной (в случае α-частиц), либо сильноизломанной (в случае β-частиц траектория в 1,5-4 раза длиннее пробега).β-Частицы, обладая зарядом и очень малой массой, легко отклоняются отсвоего первоначального направления при прохождении через вещество, т.к.испытывают сильное взаимодействие с атомными ядрами и орбитальнымиэлектронами.Траектория и пробег для β-частицыСравнение пробега у разных видовкорпускулярных излученийКорпускулярное ионизирующееизлучениеОриентировочныезначения пробега(в воде илибиологическойткани)α-Излучение (10 МэВ)Протонное излучение (10 МэВ)β–-Излучение (1 МэВ)β+-Излучение (1 МэВ) (позитронобычно аннигилирует в конце пробега)≈ мм 0,1​≈ 1 мм≈ 5 мм≈ 5 ммЗависимость длины пробега заряженных частицв воде от их энергииБолее точные значения длиныпробега заряженных частиц(электронов, протонов и α-частиц) вводе при разных значениях энергииможно рассчитать из специальныхграфиков.1 – электроны, 2 – протоны и 3 – αчастицы.Проникающая способность ионизирующихэлектромагнитных излученийПроникающая способность γ-излучения и рентгеновского излучениязначительно выше, чем у корпускулярных излучений, представляющих потокизаряженных частиц (т.е.

α-излучения, β-излучения, протонного излучения).Понятие пробега для характеристики проникающей способности ЭМИ неможет быть использовано, т.к. интенсивность пучка ионизирующего ЭМИ помере прохождения через вещество ослабляется по экспоненциальномузакону:где I0 – исходная интенсивность(поток энергии),I – интенсивность послепрохождения d см вещества,µ – линейный коэффициентослабления.Сравнение проникающей способности длярентгеновского излучения и γ–излучения 60CoПроникающую способность рентгеновского и γ–излучения можноохарактеризовать, используя понятие «слой половинного ослабления».Слой половинного ослабления – это слой вещества, при прохождении черезкоторый интенсивность излучения снижается в 2 раза.Учитывая, что нас интересует прохождение этих видов ЭМИ в биологическойткани, очень удобно и наглядно оценивать их проникающую способность послою половинного ослабления в воде.Электромагнитное ионизирующееизлучениеСлой половинногоослабления в воде d1/2γ-Излучение 60Co (1,17 и 1,34 МэВ)Рентгеновское излучениемедицинских рентгеновскихтрубок (180-250 кэВ)≈ 10 см≈ 5,5 смВзаимодействие ионизирующего ЭМИ с веществомСнижение интенсивности ионизирующего ЭМИ припрохождении через вещество обусловлено потерей энергииизлучения за счёт трёх эффектов:1) фотоэлектрического эффекта,2) комптоновского эффекта3) эффекта образования электронно-позитронных пар.ФотоэффектПри фотоэлектрическом эффекте энергияпадающего кванта полностью передаетсяэлектрону, находящемуся на одной извнутренних электронных оболочек (K- или Lоболочке) атома.

В результате появляютсясвободные электроны (т.н. фотоэлектроны),обладающие кинетической энергией Ee,величина которой равна энергии падающегокванта излучения hν за вычетом энергиисвязи электрона Eсвязи:Фотоэлектрон, ассоциируясь с каким-либоиз нейтральных атомов, образуетотрицательный ион.Комптон-эффектПри комптоновском эффекте квант ЭМИ, сталкиваясь с электрономпередает ему не всю свою энергию, а только часть её и после соударенияизменяет своё направление движения. Комптоновский эффект происходиттолько на электронах внешних электронных оболочек атома (для которыхEсвязи << hν).Образовавшийся свободный электрон (т.н.

электрон отдачи, или электронрассеяния, или комптоновский электрон) имеет значительную кинетическуюэнергиюи растрачивают её надальнейшую ионизацию другихатомов (вторичная ионизация).Эффект образования пары «электрон-позитрон»Часть квантов ЭМИ с энергией не ниже 1,022 МэВ, проходя через веществовблизи атомного ядра, превращается под действием сильногоэлектрического поля ядра в пару «электрон-позитрон». Таким образом,происходит переход одной формы материи (ЭМИ) в другую (вещество).Избыточная (> 1,022 МэВ) энергиякванта ЭМИ распределяется междуобразовавшимися электроном ипозитроном и растрачивается ими наионизацию и возбуждение встречныхатомов.Позитрон, растратив всю энергию ивстретившись со свободнымэлектроном, аннигилирует (т.е.исчезает). При этом образуются 2кванта, разлетающиеся впротивоположные стороны, каждый сэнергией 0,511 МэВ.Соотношение фотоэффекта, комптон-эффекта ипроцесса образования пар1 – фотоэффект, 2 – комптон-эффект,3 – процесс образования парЛинейная передача энергии (ЛПЭ)ЛПЭ определяется как отношение полной энергии dE,переданной веществу частицей вследствие столкновений напути dl, к длине этого пути: ЛПЭ = dE / dl.Обычно измеряют в кэВ на мкм пути.Линейная плотность ионизации (ЛПИ) – определяется как числопар ионов, образовавшихся в веществе при прохождении черезнего ионизирующей частицы на мкм пути.ЛПИ =ЛПЭ/34,где 34 эВ – средняя энергия необходимая для образованияпары ионов.Граница между редкоионизирующими иплотноионизирующими излучениямиВсе ионизирующие излучения подразделяют на:редкоионизирующие излучения (ЛПЭ < 10 кэВ/мкм в воде)плотноионизирующие излучения (ЛПЭ > 10 кэВ/мкм в воде)Наглядное сравнение плотности расположения актовпервичной ионизации, вторичной ионизации ивозбуждения на коротком участке траектории дляредко- и плотноионизирующих заряженных частицВид ионизирующего излученияЛПЭ, кэВ/мкм(в воде)ЛПИ, пар ионов/мкм(в воде)0.26260β-Излучение 1 МэВ0.25Протоны 10 МэВ4.7140Протоны 150 МэВ0.515α-Излучение 1 МэВ2647800α-Излучение 2.5 МэВ1664900α-Излучение 3 МэВ1354000α-Излучение 6 МэВ822400α-Излучение 9 МэВ601770α-Излучение 10 МэВ561650γ-Излучение 60CoРентгеновское излучение 250 кэВОбращаю внимание, что с увеличением энергии ионизирующейчастицы (кванта):1) проникающая способность излучения возрастает,2) ЛПЭ уменьшается (что четко видно из вышеприведеннойтаблицы для α–излучения).Кривая БрэггаОсобенно резко ЛПЭ (и ЛПИ) возрастает при прохождениичерез вещество тяжелых заряженных частиц.Это т.н.

кривая Брэгга (ипик Брэгга) дляα-излучения в воздухе.ЗаключениеПроникающая способность и линейная передача энергии (ЛПЭ)являются очень важными характеристиками ионизирующихизлучений и, фактически, определяют степень биологическойэффективности (в частности, опасности) разных видовионизирующих излучений в определенных условиях ихвоздействия на живой организм.В последующих лекциях мы будем постоянно сравниватьбиологические эффекты излучений, обладающих:1)различной проникающей способностью или2)различной линейной передачей энергии (ЛПЭ).Понятие дозы ионизирующегоизлученияПонятие ДОЗЫВ широком понятии слова термин «ДОЗА»означает определенное точно отмеренноеколичество чего-либо – вещества, лекарства,излучения и т.п. (происходит от греч.

Характеристики

Список файлов лекций