
- •Взаимодействие излучения с веществом
- •Взаимодействие заряженных частиц с веществом
- •Специфика взаимодействия тяжелых заряженных частиц
- •Особенности взаимодействия электронов и β-частиц со средой
- •Взаимодействие фотонного излучения с веществом
- •Общий характер взаимодействия g-излучения с веществом
- •Роль вторичного излучения
- •Мощность экспозиционной дозы:
- •Взаимодействие нейтронов с веществом
- •Формирование дозы нейтронов в биологической ткани
- •Распределение тканевой дозы внутри биологического объекта при внешнем облучении
Общий характер взаимодействия g-излучения с веществом
Всю шкалу энергий можно разбить на три интервала. В области малых энергий основным механизмом взаимодействия g-излучения со средой является фотоэффект, в промежуточной области - эффект Комптона и при больших энергиях (более 1 МэВ) - эффект образования электрон-позитронных пар.
Эффективный атомный номер сложного вещества - атомный номер такого условного простого вещества, для которого передача энергии излучения, рассчитанная на один электрон среды, является такой же.
Понятие Zэфф используется только для фотонов, которые взаимодействуют с электронной подсистемой. Поэтому оперируют сечением на один электрон.
Микроскопическое сечение, рассчитанное на один электрон в зависимости от процесса по разному зависит от Z, следовательно, Zэфф различно для каждого из эффектов:
Фотоэффект:
;
Эффект Комптона: Zэфф - не имеет смысла, так как рассеяние идет на свободном электроне
Эффект образования
пар:
,
где zi – атомный номер составляющего элемента,
ai – доля атомного номера элемента i в общем атомном номере соединения.
Вещество ------------------------ |
r, г/см3 ------------------------------------- |
Zэфф, фотоэффект ---------------------------- |
Zэфф, ЭОП ------------------- |
Воздух |
1,293 × 10-3 |
7,64 |
7,36 |
Вода |
1,0 |
7,42 |
6,60 |
Мышцы |
1,0 |
7,42 |
6,60 |
Подкожный жир |
0,91 |
5,92 |
5,2 |
Костная ткань |
1,85 |
13,8 |
10,0 |
В основе костной ткани: Ca3(PO4)3F, Cl, OH, CO2.
В дозиметрии стараются использовать воздухоэквивалентные и тканеэквивалентные материалы.
Роль вторичного излучения
При взаимодействии гамма-излучения со средой образуются фотоэлектроны, комптоновские электроны и электрон-позитронные пары, а также рассеянные и аннигиляционные *-кванты:
Фотоэффект: Фотоэлектроны, Оже-электроны, характеристическое рентгеновское излучение;
Эффект Комптона: рассеянные гамма-кванты, комптоновские электроны;
Эффект образования электрон-позитронных пар: электроны, позитроны, аннигиляционные гамма-кванты.
+ во всех процессах возникает тормозное излучение.
Рис. 4.1 Зависимость вероятности фотоэффекта, Комптон-эффекта и эффекта образования пар от атомного номера среды z и энергии фотонов
Полное сечение взаимодействия:
σполн = σк + σs
σк- характеризует часть энергии гамма-излучения, переданную заряженным частицам
σs - характеризует часть энергии гамма-излучения, переданную вторичным гамма-квантам
Поэтому вводится μk – линейный коэффициент передачи энергии, характеризует часть энергии гамма-излучения, переданную заряженным частицам [cм-1],
μkm – массовый коэффициент передачи энергии [cм2/г].
Но вторичные заряженные частицы тратят энергию еще и на тормозное излучение.
Поэтому полный массовый коэффициент передачи энергии
μпm = μkm (1-g) = f(Eγ, zeff)
g – доля тормозных потерь (~2%)
μпm ~ μkm = f(Eγ, zeff) – справочная величина