Формирование дозы нейтронов в биологической ткани

К радиационным эффектам приводят вторичные частицы.

Тканевая формула: (C₆H₄₀O₁₈N)_n - химический состав мягкой ткани.

Самый легкий элемент - водород - по числу атомов занимает первое место среди элементов ткани.

Быстрые нейтроны. Основной вклад в дозу дает реакция упругого рассеяния.

Средняя энергия отдачи:

.

Ядра отдачи будут вносить основной вклад в тканевую дозу.

,

где j - плотность потока нейтронов; t - время:

s_i - парциальное сечение взаимодействия;

n_i – концентрация ядер, на которых идет процесс рассеяния.

На практике применяют полуэмпирическую формулу (точность ~ 20%):

, Гр (0,5¸5 Мэв)

Медленные нейтроны. Замедление до энергии 0,025 МэВ идет на водороде. Характерны две реакции:

1) ¹Н(n,g)²D E_g = 2,2 МэВ;

2) ¹⁴N(n,p)¹⁴C E_p = 0,62 МэВ (¹⁴C – радиоуглерод - b-излучатель).

Почти 100% вклад в дозу обеспечивается E_g и E_p. Вклад E_g на 20% больше.

Промежуточные нейтроны. Энергия промежуточных нейтронов такова, что будут присутствовать механизмы реакций как на быстрых, так и на медленных нейтронах. Поэтому возникают сложности с их дозиметрией. Вклад в дозу в биологической ткани для промежуточных нейтронов велик.

Распределение тканевой дозы внутри биологического объекта при внешнем облучении

Существуют модели человека - фантомы - в каждой точке которых Z_эфф­ соответствует биологической ткани. Нейтронная доза распределяется по глубине биологической ткани неравномерно. Максимум расположен на расстоянии от поверхности 0,3 см - для быстрых нейтронов и 4 см - для промежуточных. При внешнем облучении нейтронами определить дозу сложно, т.к. неизвестно, где находится максимум дозы.

Это важно для нейтронной терапии. В частности, вводят ¹⁰В.

Идет реакция ¹⁰В (n α)⁷Li

Поглощенная доза биологической ткани:

D_ТК = D_ро + D_ЯО + D_ЗЧ + D_g

Эквивалентная доза биологической ткани:

H_ТК = w_p×D_ро + w_ЯО× D_ЯО + w_ЗЧ×D_ЗЧ + w_g×D_g ,

где w_R – взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения.

Проблема в том, что распределение дозы зависит от энергии нейтронов.

Обнаружено, что если на водородосодержащий блок направить поток нейтронов, создающих единичную эквивалентную дозу (1 Зв), то на глубине (~ 15 см) внутри блока концентрация тепловых нейтронов будет постоянной и практически не зависящей от энергии падающих нейтронов.

Чем больше энергия, тем более пологая кривая. Если в точке d » 15 см разместить детектор тепловых нейтронов, его показания не будут зависеть от энергии падающих нейтронов. На этом эффекте основана работа всеволновых детекторов нейтронов.