Radiații ionizante. Radiații ionizante fotonice Radiații ionizante cuantice

SECȚIUNEA III. MANAGEMENTUL SIGURANȚEI VIEȚII ȘI MECANISME ECONOMICE PENTRU ASIGURAREA EI

Există mai multe tipuri de radiații ionizante: radiații alfa, beta, gama și radiații neutronice.

Radiația alfa

Formarea particulelor alfa încărcate pozitiv implică 2 protoni și 2 neutroni care fac parte din nucleele de heliu. Particulele alfa se formează în timpul dezintegrarii unui nucleu atomic și pot avea o energie cinetică inițială de 1,8 până la 15 MeV. Trăsăturile caracteristice ale radiației alfa sunt abilități de ionizare ridicate și abilități scăzute de penetrare. La mișcare, particulele alfa își pierd energia foarte repede, iar acest lucru determină faptul că nu este suficient nici măcar să depășești suprafețele subțiri din plastic. În general, expunerea externă la particulele alfa, dacă nu țineți cont de particulele alfa de înaltă energie obținute cu ajutorul unui accelerator, nu dăunează oamenilor, dar pătrunderea particulelor în organism poate fi periculoasă pentru sănătate, deoarece alfa. radionuclizi Au un timp de înjumătățire lung și au ionizare puternică. Dacă sunt ingerate, particulele alfa pot fi adesea chiar mai periculoase decât radiațiile beta și gama.

Radiația beta

Particulele beta încărcate, a căror viteză este apropiată de viteza luminii, se formează ca urmare a dezintegrarii beta. Razele beta au o putere de penetrare mai mare decât razele alfa - pot provoca reacții chimice, luminiscență, ionizează gaze și au un efect asupra plăcilor fotografice. Ca protecție împotriva unui flux de particule beta încărcate (cu o energie de cel mult 1 MeV), va fi suficientă utilizarea unei plăci obișnuite de aluminiu de 3-5 mm grosime.

Radiația fotonică: raze gamma și raze X

Radiația fotonică include două tipuri de radiații: raze X (pot fi bremsstrahlung și caracteristice) și radiații gamma.

Cel mai obișnuit tip de radiație fotonică este particulele gamma de foarte mare energie, cu lungime de undă ultrascurtă, care sunt un flux de fotoni de înaltă energie, fără încărcare. Spre deosebire de razele alfa și beta, particulele gamma nu sunt deviate de câmpurile magnetice și electrice și au o putere de penetrare semnificativ mai mare. În anumite cantități și pentru o anumită durată de expunere, radiațiile gamma pot provoca boala de radiații și pot duce la diferite tipuri de cancer. Numai elementele chimice grele precum plumbul, uraniul sărăcit și wolfram pot împiedica răspândirea unui flux de particule gamma.

Radiația neutronică

Sursa de radiație neutronică poate fi exploziile nucleare, reactoarele nucleare, instalațiile de laborator și industriale.

Neutronii înșiși sunt particule neutre din punct de vedere electric, instabile (timp de înjumătățire al unui neutron liber este de aproximativ 10 minute), care, datorită faptului că nu au încărcătură, se caracterizează printr-o capacitate mare de penetrare cu un grad slab de interacțiune cu materia. Radiația neutronică este foarte periculoasă, așa că o serie de materiale speciale, în principal care conțin hidrogen, sunt folosite pentru a proteja împotriva acesteia. Radiația neutronică este absorbită cel mai bine de apă obișnuită, polietilenă, parafină și soluții de hidroxizi de metale grele.

Cum afectează radiațiile ionizante substanțele?

Toate tipurile de radiații ionizante au un efect asupra diferitelor substanțe într-un grad sau altul, dar este cel mai pronunțat în particulele gama și neutroni. Astfel, cu expunerea prelungită, pot schimba semnificativ proprietățile diferitelor materiale, pot modifica compoziția chimică a substanțelor, pot ioniza dielectricii și au un efect distructiv asupra țesuturilor biologice. Radiațiile naturale de fond nu vor provoca prea mult rău unei persoane, cu toate acestea, atunci când manipulați surse artificiale de radiații ionizante, ar trebui să fiți foarte atenți și să luați toate măsurile necesare pentru a minimiza nivelul de expunere la radiații pe corp.

Tipuri de radiații ionizante și proprietățile acestora

Radiația ionizantă este denumirea dată fluxurilor de particule și cuante electromagnetice, în urma cărora pe mediu se formează ioni încărcați diferit.

Diferite tipuri de radiații sunt însoțite de eliberarea unei anumite cantități de energie și au abilități diferite de penetrare, astfel încât au efecte diferite asupra organismului. Cel mai mare pericol pentru oameni provine din radiațiile radioactive, cum ar fi radiațiile y, X, neutroni, a și b.

Razele X și razele y sunt fluxuri de energie cuantică. Radiația gamma are lungimi de undă mai scurte decât razele X. Prin natura și proprietățile lor, aceste radiații diferă puțin unele de altele, au o capacitate mare de penetrare, dreptate de propagare și capacitatea de a crea radiații secundare și împrăștiate în mediile prin care trec. Cu toate acestea, în timp ce razele X sunt de obicei produse folosind un dispozitiv electronic, razele y sunt emise de izotopi instabili sau radioactivi.

Celelalte tipuri de radiații ionizante sunt particule de materie (atomi) care se mișcă rapid, dintre care unele poartă o sarcină electrică, altele nu.

Neutronii sunt singurele particule neîncărcate produse de orice transformare radioactivă, cu o masă egală cu cea a unui proton. Deoarece aceste particule sunt neutre din punct de vedere electric, ele pătrund adânc în orice substanță, inclusiv în țesutul viu. Neutronii sunt particulele de bază care formează nucleele atomilor.

Când trec prin materie, ei interacționează numai cu nucleele atomilor, le transferă o parte din energia lor și își schimbă ei înșiși direcția mișcării. Nucleele atomilor „sar” din învelișul de electroni și, trecând prin materie, produc ionizare.

Electronii sunt particule ușoare, încărcate negativ, care există în toți atomii stabili. Electronii sunt folosiți foarte des în timpul dezintegrarii radioactive a materiei și apoi sunt numiți particule beta. Ele pot fi obținute și în condiții de laborator. Energia pierdută de electroni la trecerea prin materie este cheltuită pentru excitare și ionizare, precum și pentru formarea bremsstrahlung-ului.

Particulele alfa sunt nucleele atomilor de heliu, lipsite de electroni orbitali și constând din doi protoni și doi neutroni legați între ele. Au o sarcină pozitivă, sunt relativ grele, iar pe măsură ce trec printr-o substanță produc ionizarea unei substanțe de înaltă densitate.

De obicei, particulele alfa sunt emise în timpul descompunerii radioactive a elementelor grele naturale (radiu, toriu, uraniu, poloniu etc.).

Particulele încărcate (electroni și nuclee ale atomilor de heliu), care trec prin substanță, interacționează cu electronii atomilor, pierzând 35, respectiv 34 eV. În acest caz, o jumătate din energie este cheltuită pentru ionizare (separarea unui electron de un atom), iar cealaltă jumătate pentru excitarea atomilor și moleculelor mediului (transferul unui electron într-un înveliș mai îndepărtat de nucleu) .

Numărul de atomi ionizați și excitați formați de o particulă alfa pe unitatea de lungime a drumului într-un mediu este de sute de ori mai mare decât cel al unei particule p (Tabelul 5.1).

Tabelul 5.1. Gama de particule a și b de diferite energii în țesutul muscular

Energia particulelor, MeV	Kilometraj, microni	Energia particulelor, MeV	Kilometraj, microni	Energia particulelor, MeV	Kilometraj, microni


	—

Acest lucru se datorează faptului că masa particulei a este de aproximativ 7000 de ori mai mare decât masa particulei b, prin urmare, la aceeași energie, viteza acesteia este semnificativ mai mică decât cea a particulei b.

Particulele alfa emise în timpul dezintegrarii radioactive au o viteză de aproximativ 20 mii km/s, în timp ce viteza particulelor beta este apropiată de viteza luminii și se ridică la 200...270 mii km/s. Evident, cu cât viteza unei particule este mai mică, cu atât este mai mare probabilitatea interacțiunii acesteia cu atomii mediului și, prin urmare, cu atât este mai mare pierderea de energie pe calea unității în mediu - ceea ce înseamnă mai puțin kilometraj. De la masă 5.1 rezultă că intervalul de particule a din țesutul muscular este de 1000 de ori mai mic decât intervalul de particule beta cu aceeași energie.

Când radiațiile ionizante trec prin organismele vii, își transferă energia în mod neuniform țesuturilor și celulelor biologice. Drept urmare, în ciuda cantității mici de energie absorbită de țesuturi, unele celule ale materiei vii vor fi afectate semnificativ. Efectul total al radiațiilor ionizante localizate în celule și țesuturi este prezentat în tabel. 5.2.

Tabelul 5.2. Efectele biologice ale radiațiilor ionizante

Natura impactului		Efect de impact
Efectul direct al radiațiilor	10 -24 … 10 -4 s 10 16 …10 8 s	Absorbție de energie. Interacțiuni inițiale. Raze X și radiații y, neutroni Electroni, protoni, particule alfa
	10 -12 … 10 -8 s	Stadiul fizico-chimic. Transferul de energie sub formă de ionizare de-a lungul traiectoriei primare. Molecule ionizate și excitate electronic
	10 7…10 5 s, câteva ore	Daune chimice. Cu acțiunea mea. Acțiune indirectă. Radicalii liberi formați din apă. Excitarea unei molecule la echilibrul termic
Efecte indirecte ale radiațiilor	Microsecunde, secunde, minute, câteva ore	Leziuni biomoleculare. Modificări ale moleculelor de proteine și acizilor nucleici sub influența proceselor metabolice
	Minute, ore, săptămâni	Efecte biologice și fiziologice timpurii. Daune biochimice. Moartea celulelor, moartea animalelor individuale
	Ani, secole	Efecte biologice pe termen lung Disfuncție persistentă. Radiații ionizante Mutații genetice, efecte asupra descendenților. Efecte somatice: cancer, leucemie, speranță de viață scurtă, moartea organismului

Schimbările primare de radiații-chimice în molecule se pot baza pe două mecanisme: 1) acțiune directă, atunci când o moleculă dată experimentează modificări (ionizare, excitare) direct atunci când interacționează cu radiația; 2) acțiune indirectă, când o moleculă nu absoarbe direct energia radiațiilor ionizante, ci o primește prin transfer de la o altă moleculă.

Se știe că în țesutul biologic 60...70% din masă este apă. Prin urmare, să luăm în considerare diferența dintre efectele directe și indirecte ale radiațiilor folosind exemplul iradierii cu apă.

Să presupunem că o moleculă de apă este ionizată de o particulă încărcată, ceea ce o face să piardă un electron:

H2O -> H20+e - .

O moleculă de apă ionizată reacționează cu o altă moleculă de apă neutră pentru a forma radicalul hidroxil extrem de reactiv OH":

H2O+H2O -> H3O+ + OH*.

De asemenea, electronul ejectat transferă foarte rapid energie moleculelor de apă din jur, rezultând o moleculă de apă foarte excitată H2O*, care se disociază pentru a forma doi radicali, H* și OH*:

H2O+e- -> H2O*H’ + OH’.

Radicalii liberi conțin electroni nepereche și sunt extrem de reactivi. Durata lor de viață în apă nu este mai mare de 10-5 s. În acest timp, fie se recombină între ele, fie reacţionează cu substratul dizolvat.

În prezența oxigenului dizolvat în apă, se formează și alți produși de radioliză: hidroperoxid de radical liber HO2, peroxid de hidrogen H2O2 și oxigen atomic:

H*+ O2 -> HO2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20.

În celula unui organism viu, situația este mult mai complexă decât atunci când apa este iradiată, mai ales dacă substanța absorbantă este molecule biologice mari și multicomponente. În acest caz, se formează radicalii organici D*, care se caracterizează și prin reactivitate extrem de ridicată. Având o cantitate mare de energie, pot duce cu ușurință la ruperea legăturilor chimice. Acest proces are loc cel mai adesea în intervalul dintre formarea perechilor de ioni și formarea produselor chimice finale.

În plus, efectul biologic este sporit de influența oxigenului. Produsul foarte reactiv DO2* (D* + O2 -> DO2*) format ca urmare a interacțiunii unui radical liber cu oxigenul duce la formarea de noi molecule în sistemul iradiat.

Radicalii liberi și moleculele oxidante rezultate din procesul de radioliză a apei, având activitate chimică ridicată, intră în reacții chimice cu molecule de proteine, enzime și alte elemente structurale ale țesutului biologic, ceea ce duce la modificări ale proceselor biologice din organism. Ca urmare, procesele metabolice sunt perturbate, activitatea sistemelor enzimatice este suprimată, creșterea țesuturilor încetinește și se oprește și apar noi compuși chimici care nu sunt caracteristici organismului - toxine. Acest lucru duce la perturbarea funcțiilor vitale ale sistemelor individuale sau ale organismului în ansamblu.

Reacțiile chimice induse de radicalii liberi implică multe sute și mii de molecule neafectate de radiații. Aceasta este specificul acțiunii radiațiilor ionizante asupra obiectelor biologice. Nici un alt tip de energie (termică, electrică etc.), absorbită de un obiect biologic în aceeași cantitate, nu duce la astfel de modificări pe care le provoacă radiațiile ionizante.

Efectele nedorite ale radiațiilor asupra corpului uman sunt împărțite în mod convențional în somatice (soma - „corp” în greacă) și genetice (ereditare).

Efectele somatice se manifestă direct la persoana iradiată, iar efectele genetice la descendenții acestuia.

În ultimele decenii, omul a creat un număr mare de radionuclizi artificiali, a căror utilizare reprezintă o încărcare suplimentară față de fondul natural de radiație al Pământului și crește doza de radiație pentru oameni. Dar, destinate exclusiv utilizărilor pașnice, radiațiile ionizante sunt utile oamenilor, iar astăzi este dificil de identificat un domeniu de cunoaștere sau economie națională care nu utilizează radionuclizi sau alte surse de radiații ionizante. Până la începutul secolului 21, „atomul pașnic” și-a găsit aplicația în medicină, industrie, agricultură, microbiologie, energie, explorare spațială și în alte domenii.

Tipuri de radiații și interacțiunea radiațiilor ionizante cu materia

Utilizarea energiei nucleare a devenit o necesitate vitală pentru existența civilizației moderne și, în același timp, o responsabilitate uriașă, întrucât această sursă de energie trebuie folosită cât mai rațional și cu grijă.

Caracteristica utilă a radionuclizilor

Datorită dezintegrarii radioactive, un radionuclid „da un semnal”, determinând astfel locația sa. Folosind instrumente speciale care detectează semnalul de la degradarea chiar și a unui singur atom, oamenii de știință au învățat să folosească aceste substanțe ca indicatori pentru a ajuta la studiul unei game largi de procese chimice și biologice care au loc în țesuturi și celule.

Tipuri de surse artificiale de radiații ionizante

Toate sursele de radiații ionizante create de om pot fi împărțite în două tipuri.

Medical - utilizat atât pentru diagnosticarea bolilor (de exemplu, aparate cu raze X și fluorografice), cât și pentru efectuarea de proceduri radioterapeutice (de exemplu, unități de radioterapie pentru tratamentul cancerului). Sursele medicale de IA includ și radiofarmaceutice (izotopi radioactivi sau compușii acestora cu diverse substanțe anorganice sau organice), care pot fi utilizate atât pentru diagnosticarea bolilor, cât și pentru tratamentul acestora.
Radionuclizi și generatori industriali - produși de om:
- în energie (reactoare centrale nucleare);
- în agricultură (pentru creșterea și cercetarea eficienței îngrășămintelor)
- în sectorul apărării (combustibil pentru nave cu propulsie nucleară);
- în construcții (încercări nedistructive ale structurilor metalice).

Conform datelor statice, volumul producției de produse cu radionuclizi pe piața mondială în 2011 a fost de 12 miliarde de dolari, iar până în 2030 se preconizează că această cifră va crește de șase ori.

Radiația ionizantă este o combinație de diferite tipuri de microparticule și câmpuri fizice care au capacitatea de a ioniza o substanță, adică de a forma particule încărcate electric în ea - ioni. Există mai multe tipuri de radiații ionizante: radiații alfa, beta, gama și radiații neutronice.

Radiația alfa

Radiația beta

Radiația fotonică: raze gamma și raze X

Radiația fotonică include două tipuri de radiații: raze X (pot fi bremsstrahlung și caracteristice) și radiații gamma.

Radiația neutronică

Sursa de radiație neutronică poate fi exploziile nucleare, reactoarele nucleare, instalațiile de laborator și industriale. Neutronii înșiși sunt particule neutre din punct de vedere electric, instabile (timp de înjumătățire al unui neutron liber este de aproximativ 10 minute), care, datorită faptului că nu au încărcătură, se caracterizează printr-o capacitate mare de penetrare cu un grad slab de interacțiune cu materia. Radiația neutronică este foarte periculoasă, așa că o serie de materiale speciale, în principal care conțin hidrogen, sunt folosite pentru a proteja împotriva acesteia. Radiația neutronică este absorbită cel mai bine de apă obișnuită, polietilenă, parafină și soluții de hidroxizi de metale grele.

Cum afectează radiațiile ionizante substanțele?

Primele studii ale radiațiilor ionizante au fost efectuate la sfârșitul secolului al XIX-lea. În 1895, fizicianul german W.K. Roentgen a descoperit „razele X”, numite mai târziu raze X. În 1896, fizicianul francez A. Becquerel a descoperit urme de radioactivitate naturală a sărurilor de uraniu pe plăci fotografice. În 1898, soții Marie și Pierre Curie au descoperit că uraniul, după radiații, se transformă în alte elemente chimice. Ei au numit unul dintre aceste elemente „radiu” (Ra) (din latinescul „raze care emit”).

Radiația ionizantă este radiația a cărei interacțiune cu un mediu duce la formarea de ioni de semne diferite. Radiațiile ionizante sunt împărțite în corpusculare și fotoni.

Radiația corpusculară include: radiații a, b-, protoni și neutroni.

a-radiatie este un flux de nuclee de heliu format în timpul dezintegrarii radioactive. Au o masă de 4 și o sarcină de +2. Emițătorii a includ aproximativ 160 de radionuclizi naturali și artificiali, majoritatea fiind la sfârșitul tabelului periodic al elementelor (sarcină nucleară > 82). particulele a se propagă rectiliniu în medii și au o rază mică (distanța la care particulele își pierd energia atunci când interacționează cu materia): în aer - mai puțin de 10 cm; în ţesuturile biologice 30-150 microni. a - particulele au capacitate mare de ionizare și de penetrare scăzută.

b-radiatie este un flux de electroni și pozitroni. Masa lor este de zeci de mii de ori mai mică decât masa particulelor a. Emițătorii b includ aproximativ 690 de emițători naturali și artificiali. Gama de particule b în aer este de câțiva metri, iar în țesuturile biologice - aproximativ 1 cm.Au o capacitate de penetrare mai mare decât particulele a, dar o putere de ionizare mai mică.

Radiația de protoni– fluxul de nuclee de hidrogen.

Radiația neutronică– un flux de particule nucleare care nu au o sarcină cu o masă apropiată de masa unui proton. Neutronii liberi sunt captati de nuclee. În acest caz, nucleele intră într-o stare excitată și fisiune cu eliberarea de g-quanta, neutroni și neutroni întârziați. Datorită neutronilor întârziați, reacția de fisiune în reactoarele nucleare este controlată. Radiația neutronică are o capacitate de ionizare mai mare în comparație cu alte tipuri de radiații corpusculare.

Foton este o cantitate de energie a radiațiilor electromagnetice de înaltă frecvență. Radiația fotonică este împărțită în raze X și radiații g. Au o capacitate mare de penetrare și de ionizare scăzută.

radiații cu raze X- Aceasta este radiația electromagnetică artificială care apare în tuburile de raze X („razele X”).

g-radiatie – Aceasta este radiația electromagnetică de origine naturală. razele G se propagă rectiliniu, nu deviază în câmpurile electrice și magnetice și au o rază mare de acțiune în aer.

Radiații ionizante direct– aceasta este radiația formată din particule încărcate, de exemplu, particule a, b. Radiația ionizantă indirectă este radiația formată din particule neîncărcate, cum ar fi neutronii sau fotonii. Ele creează radiații secundare în mediile prin care trec.

Radiația ionizantă este descrisă de următoarele mărimi fizice

Activitatea substanței A determinat de rata dezintegrarii radioactive:

unde: dN – numărul de transformări nucleare spontane în timpul dt.

Unități de activitate:

în sistemul SI - Becquerel: 1 Bq = 1 dispersie/s

unitate extrasistemică – Curie: 1 Ci = 3,7. 10 10 dispersie/s, care corespunde activității a 1 g de Ra pur.

Timp de înjumătățire T 1/2– timpul necesar pentru a reduce de 2 ori activitatea radionuclizilor. Pentru U-238 T 1/2 = 4,56. 10 9 ani, pentru Ra-226 T 1/2 = 1622 ani.

Doza de expunere X– energia radiaţiilor ionizante determinând formarea în aer a unei sarcini dQ de acelaşi semn într-un volum elementar cu masa dm.

Unități de doză de expunere:

în sistemul SI 1 C/kg = 3880 R.

unitate nesistemică – raze X: 1 R

Doza absorbită D este determinată de cantitatea de energie absorbită dE pe unitatea de masă a substanței iradiate dm.

Unități de doză absorbită:

în SI Gri: 1 Gy

unitate în afara sistemului 1 rad = 0,01 Gy

1 Р = 0,87 rad

1 rad = 1,14 R

Denumirea „rad” provine de la primele litere ale termenului „doză absorbită de radiații”.

Doza echivalentă H R arată pericolul diferitelor tipuri de expunere la radiații a țesuturilor biologice și este egal cu:

unde: W R este un coeficient de ponderare care reflectă pericolul unui anumit tip de radiații ionizante pentru organism.

Raze X, radiații g, radiații b W R = 1;

neutroni W R = 5-20;

a-particule W R = 20.

Unități de doză echivalente:

în sistemul SI 1 Sv în onoarea savantului suedez Sievert

unitate off-system – 1 rem = 0,01 Sv

rem este echivalentul biologic al lui rad.

Doza echivalentă eficientă H E– aceasta este amploarea riscului de consecințe pe termen lung ale iradierii întregului corp uman și a organelor sale individuale, ținând cont de radiosensibilitatea acestora. Diferite organe și țesuturi au sensibilitate diferită la radiații. De exemplu, cu aceeași doză echivalentă de radiații HR, este mai probabil să apară cancerul pulmonar decât cancerul tiroidian. Prin urmare, a fost introdus conceptul de doză echivalentă efectivă.

unde: W T – coeficientul de ponderare pentru țesutul biologic.

În acest capitol vom lua în considerare proprietățile de bază ale radiațiilor ionizante utilizate în medicină și vom discuta despre procesele de interacțiune a acestora cu materia.

Tipuri de radiații ionizante

Să începem prin a defini câteva concepte.

Radiația alfa - radiații corpusculare formate din particule alfa (4 nuclei He) emise în timpul dezintegrarii radioactive a nucleelor sau în timpul reacțiilor nucleare.Radiații de anihilare - radiația fotonică rezultată din anihilarea unei particule și a unei antiparticule (de exemplu, în timpul interacțiunii dintre un electron p și /? +-Pozitron).

Radiația beta - radiații corpusculare cu un spectru energetic continuu, constând din electroni încărcați negativ (p-particule) sau pozitroni încărcați pozitiv (p*-particule) și care apar în timpul dezintegrarii radioactive P a nucleelor sau a particulelor elementare instabile. Se caracterizează prin energia limitativă (maximă) a electronilor (pozitronilor).Radiația gamma - radiația fotonică apărută în timpul transformărilor nucleare sau anihilării particulelor (interval de energie de la zeci de keV la câțiva MeV).

radiații ionizante" (radiații) - un tip de radiație care modifică starea fizică a atomilor sau a nucleelor atomice, transformându-i în ioni încărcați electric sau produși ai reacțiilor nucleare (lumina vizibilă și radiațiile ultraviolete nu sunt clasificate drept radiații ionizante).

Radiația corpusculară - radiatii ionizante formate din particule cu masa diferita de zero(A-,fi-particule, neutroni etc.).

Radiații indirect ionizante - radiații ionizante, constând din particule neîncărcate care pot crea direct radiații ionizante și (sau) pot provoca transformări nucleare (radiația ionizantă indirectă poate consta din neutroni, fotoni etc.).

Radiația neutronică - un flux de neutroni care își transformă energia în interacțiuni elastice și inelastice cu nucleele atomice.

Radiația de protoni - radiația generată în timpul dezintegrarii spontane a nucleelor atomice cu deficit de neutroni sau ca fascicul la ieșirea unui accelerator de ioni (de exemplu, un sincrofazotron).

radiații cu raze X - radiații fotonice, constând din bremsstrahlung și (sau) radiații caracteristice, generate, de exemplu, de tuburile cu raze X. Ocupă regiunea spectrală dintre radiațiile gamma și ultraviolete în lungimile de undă mg3+ω0 nm (ω.2 +ω-5 cm). Interval de energie 100 eV-10,1 MeV. Raze X cu o lungime de undă mai mică de 0,2 nm (E>50keV) sunt numite dure, cu o lungime de undă mai mare de aproximativ 2 nm (E

Sincrotron (sau bremsstrahlung magnetic)radiatii - radiația electromagnetică emisă de particulele încărcate care se deplasează pe traiectorii curbate de un câmp magnetic la viteze relativiste.Bremsstrahlung - radiația electromagnetică emisă de o particulă încărcată în timpul împrăștierii (frânării) acesteia într-un câmp electric se caracterizează printr-un spectru energetic continuu. Uneori, conceptul de bremsstrahlung include și radiația particulelor încărcate relativiste care se mișcă în câmpuri magnetice macroscopice (radiația sincrotron).

Radiația fotonică - radiații electromagnetice indirect ionizante care apar atunci când starea energetică a nucleelor atomice se modifică sau când particulele se anihilează.

Radiația caracteristică - radiația fotonică cu un spectru energetic discret care apare atunci când starea energetică a electronilor unui atom se modifică.

Masa 1. Proprietăţile unor tipuri de radiaţii corpusculare.

Radiațiile ionizante includ fotoni ai radiațiilor electromagnetice (razele y și X cu o lungime de undă mai mică de 20 nm) și radiațiile corpusculare. Radiația fotonică cu energii cuprinse între 50 eV și 500 eV se numește raze X, iar la energii mai mari - radiații gamma. Radiația electromagnetică ionizantă poate fi radiația y care însoțește dezintegrarea p sau care rezultă din anihilarea pozitronilor sau poate fi bremsstrahlung cu raze X sau radiație caracteristică.

Radiatie electromagnetica - o perturbare a câmpului electromagnetic care se propagă în spațiu (adică câmpurile electrice și magnetice care interacționează între ele).

Radiația electromagnetică este o combinație de câmpuri electrice și magnetice care variază sinusoidal în spațiu și timp. Viteza valurilor, Și[m/s], este legat de lungimea de undă, L [m], și de frecvența de oscilație, v: Și- L-v, și de când Și este de obicei constantă, atunci v=c/A, c=s-th 8 m/s este viteza luminii.

Energia radiației electromagnetice (eV):

Unde h= 6,626-10-34 Js = 4,135 Yu, 5 eVs.

Radiația electromagnetică are o gamă largă de energii și diverse surse: radiația y a nucleelor atomice și bremsstrahlung de electroni accelerați, unde radio etc. (Tabelul 1, Fig. l). La scara undelor electromagnetice, radiația y se învecinează cu radiația cu raze X dure, ocupând regiunea cu frecvențe mai înalte. Apare în timpul dezintegrarii nucleelor radioactive și a particulelor elementare, a interacțiunii particulelor încărcate rapid cu materia, a anihilării perechilor electron-pozitron etc. Radiația gamma are o lungime de undă scurtă (Leu nm) și proprietăți corpusculare pronunțate, adică. se comportă ca un flux de particule (y-quanta sau fotoni) cu energie /iv.

Radiația Bremsstrahlung, care apare atunci când electronii accelerați trec printr-un mediu, este utilizată pe scară largă în medicină. În funcție de energia radiației electromagnetice rezultate, aceasta este clasificată ca radiație cu raze X (energii de zeci și sute de keV) sau radiație y (energii de unu sau zeci de MeV, dar la acceleratoare ating energii de câteva zeci de GeV). Radiația cu raze X se obține de obicei folosind tuburi cu raze X.

Intensitatea bremsstrahlung este proporțională cu pătratul accelerației particulei încărcate. Deoarece accelerația este invers proporțională cu masa particulei, în același câmp radiația bremsstrahlung a unui electron este de milioane de ori mai puternică decât radiația unui proton. Prin urmare, radiația bremsstrahlung, care apare atunci când electronii sunt împrăștiați în câmpul electrostatic al nucleelor atomice și al electronilor, este cel mai des folosită.

Orez. 1.

Spectrul fotonilor bremsstrahlung este continuu și se termină la energia maximă posibilă, egală cu energia inițială a electronului. Deoarece intensitatea radiației bremsstrahlung este proporțională cu Z 2 , pentru a crește randamentul fotonilor bremsstrahlung în fasciculele de electroni, se folosesc ținte formate din substanțe cu Z mare.

Radiațiile ionizante corpusculare includ radiații a, electroni, protoni, neutroni și mezon. Radiația corpusculară, constând dintr-un flux de particule încărcate (a-, (3-particule, protoni, electroni), a căror energie cinetică este suficientă pentru a ioniza atomii la ciocnirea cu aceștia, aparține clasei radiațiilor direct ionizante. Neutronii înșiși nu produc ionizare, dar în proces interacțiunile cu mediul eliberează particule încărcate (electroni, protoni), capabile să ionizeze atomii și moleculele mediului prin care trec.Radiația neutronică este clasificată drept radiație indirect ionizantă.

Neutronii variază semnificativ în energiile lor. Pentru a descrie caracteristicile energetice ale radiației neutronice, se folosește conceptul de spectru neutronic. Neutronii sunt clasificați după viteza lor de mișcare:

- Neutroni relativisti, cu energie mai mare de 10 eV;
- Neutroni rapizi, cu energie mai mare de o.i MeV (uneori mai mare de i MeV)
- Neutroni lenți - neutroni cu energie mai mică de 100 KeV. sau după „temperatură”:
- Neutroni epitermici, cu energie de la 0,025 la 1 eV;
- neutroni fierbinți, cu o energie de aproximativ 0,2 eV;
- Neutroni termici, cu o energie de aproximativ 0,025 eV;
- Neutroni reci, cu energie de la 510-5 eV la 0,025 eV;
- Neutroni foarte reci, cu energie 2*10-? - 5*10-5 eV;
- Neutroni ultrareci, cu energie mai mică de 2*10-? eV.

Interacțiunea neutronilor cu atomii este slabă, ceea ce permite neutronilor să pătrundă adânc în materie.

Radiația electronică este de obicei un fascicul de electroni la ieșirea unui accelerator de electroni. Se caracterizează prin energia medie de radiație și dispersie (împrăștiere), precum și lățimea fasciculului. Se pot folosi măsuri speciale pentru a obține un fascicul îngust monoenergetic de electroni de înaltă energie.

Radiația beta însoțește cel mai comun tip de dezintegrare radioactivă a nucleelor - p-decay. Deoarece viteza particulelor p este mult mai mare decât viteza particulelor a, ele interacționează mai puțin frecvent cu atomii mediului; Densitatea lor de ionizare per unitate de cale este de sute de ori mai mică decât cea a particulelor alfa, iar calea în aer ajunge la 10 m. În țesutul moale biologic, calea este egală cu 10+12 mm. Această radiație este absorbită de un strat de aluminiu de 1 mm grosime. Spre deosebire de radiația electronică, radiația p este însoțită de un flux de antineutrini pentru electroni și neutrini pentru pozitroni. Radiația de pozitroni este, de asemenea, însoțită de radiația y de anihilare (cu o energie de 0,51 și/sau 1,02 MeV).

Radiația fotonică include radiațiile de la substanțe radioactive, radiațiile caracteristice și bremsstrahlung generate de diverși acceleratori. ABI al radiației fotonice este cel mai scăzut (1-2 perechi de ioni la 1 cm 3 de aer), ceea ce determină capacitatea sa mare de penetrare (în aer lungimea căii este de câteva sute de metri).

-radiații apare în timpul dezintegrarii radioactive. Trecerea unui nucleu de la o stare excitată la una fundamentală este însoțită de emisia unui cuantum cu energii de la 10 keV la 5 MeV. Principalele surse terapeutice de -radiere sunt -dispozitivele (tunurile).

Raze X Bremsstrahlung apare din cauza accelerației și decelerației bruște a electronilor în sistemele de vid ale diferitelor acceleratoare și diferă de raze X printr-o energie cuantică mai mare (de la unu la zeci de MeV).

Când un flux de fotoni trece printr-o substanță, acesta este slăbit ca urmare a următoarelor procese de interacțiune (tipul de interacțiune a fotonilor cu atomii substanței depinde de energia fotonilor):

Clasic (coerent, sau Thompson, împrăștiere) - pentru fotoni cu energie de la 10 la 50-100 keV. Frecvența relativă a acestui efect este mică. Are loc o interacțiune, care nu joacă un rol semnificativ, deoarece cuanta incidentă, ciocnind cu un electron, este deviată și energia acestuia nu se modifică.

Absorbție fotoelectrică (efect fotoelectric) - la energii relativ scăzute - de la 50 la 300 keV (joacă un rol semnificativ în terapia cu raze X). Cuantumul incident elimină electronul orbital din atom, este el însuși absorbit, iar electronul, schimbând ușor direcția, zboară departe. Acest electron scăpat se numește fotoelectron. Astfel, energia fotonului este cheltuită pentru funcția de lucru a electronului și pentru a-i conferi energie cinetică.

Efectul Compton (împrăștiere incoerentă) - apare la energii fotonice de la 120 keV la 20 MeV (adică aproape întregul spectru al radioterapiei). Cuantumul incident elimină un electron din învelișul exterior al atomului, transferându-i o parte din energie și își schimbă direcția. Electronul zboară din atom într-un anumit unghi, iar noua cuantă diferă de cea inițială nu numai într-o direcție diferită de mișcare, ci și în energie inferioară. Cuantumul rezultat va ioniza indirect mediul, iar electronul va ioniza direct.

Procesul de formare a perechilor electron-pozitron - energia cuantică trebuie să fie mai mare de 1,02 MeV (de două ori energia de repaus a electronului). Acest mecanism trebuie luat în considerare atunci când un pacient este iradiat cu un fascicul de radiație bremsstrahlung de înaltă energie, adică la acceleratori liniari de înaltă energie. În apropierea nucleului unui atom, cuantica incidentă experimentează o accelerare și dispare, transformându-se într-un electron și un pozitron. Pozitronul se combină rapid cu un electron care se apropie și are loc procesul de anihilare (distrugere reciprocă), iar în schimb apar doi fotoni, energia fiecăruia fiind jumătate din energia fotonului original. Astfel, energia cuantumului primar se transformă în energia cinetică a electronului și în energia radiației de anihilare.

Fotografie absorbția nucleară - energia cuantelor trebuie să fie mai mare de 2,5 MeV. Fotonul este absorbit de nucleul unui atom, în urma căruia nucleul intră într-o stare excitată și poate fie să cedeze un electron, fie să se destrame. Așa se produc neutronii.

Ca rezultat al proceselor de mai sus de interacțiune a radiației fotonice cu materia, ia naștere fotonii secundari și radiațiile corpusculare (electroni și pozitroni). Capacitatea de ionizare a particulelor este mult mai mare decât cea a radiației fotonice.

Atenuarea spațială a fasciculului de fotoni are loc conform unei legi exponențiale (legea pătratului invers): Intensitatea radiației este invers proporțională cu pătratul distanței până la sursa de radiație.

Radiația în intervalul de energie de la 200 keV la 15 MeV a găsit cea mai largă aplicație în tratamentul neoplasmelor maligne. Puterea de penetrare mai mare permite transferul energiei către tumorile adânci. În același timp, expunerea la radiații a pielii și a țesutului subcutanat este redusă drastic, ceea ce face posibilă livrarea dozei necesare leziunii fără deteriorarea radiațiilor în aceste zone ale corpului (spre deosebire de radiațiile moi cu raze X). Odată cu o creștere a energiei fotonului peste 15 MeV, crește riscul de deteriorare a țesutului prin radiații la ieșirea fasciculului.