Рентгеновское излучение

Длина волны: 10^-3 – 10 нм

Тормозное ри

Тормозное РИ: обратный фотоэффект (бомбардировка металла быстрыми электронами)

𝑒𝑈=ℎ𝜈

определяет максимальную частоту, с которой могут испускаться фотоны РИ при заданном U

В РИ переходит 1-3% энергии электрона, остальное - в тепло.

Коротковолновое – жесткое РИ,

Длинноволновое – мягкое РИ.

Спектр излучения – сплошной

𝜆𝑚𝑖𝑛=ℎ𝑐𝑒𝑈=12,4

𝜆𝑚𝑖𝑛 - не зависит от материала катода

Характеристическое ри

Возникает при увеличении напряжения на трубке выше порогового уровня (зависит от материала анода). Ускоренные электроны проникают вглубь атома и выбивают внутренние электроны. На свободные места переходят электроны с внешних слоев, излучая разницу энергий ℎ𝜗

Характер спектра – линейчатый.

Длина волны зависит от материала анода.

Бомбардировка электронами приводит к возникновению и тормозного, и характеристического РИ.

Бомбардировка альфа-частицами и протонами приводит только к характеристическому РИ.

Наиболее широко применяются трубки с анодами из элементов с атомными номерами от 24 до 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) и длинами волн от 2,29 до 0,712 А (0,229 –0,712 нм).

Дозиметрия ио

1. Поглощенная доза (Dп) – энергия излучения, поглощенная единицей массы m облучаемого вещества.

𝐷п=𝑑𝐸/𝑑𝑚 [рад]

В СИ: 1 Гр (грей) = 1 Дж/кг = 100 рад

В СГС: 1 рад = 100 эрг/г = 10^-2 Дж/кг

Скоростью поглощения дозы называют мощность поглощенной дозы (Гр/с)

2. Экспозиционная доза – мера ионизационного воздействия фотонного излучения (дозы, при которой в 1 кг сухого воздуха образуется заряд в 1 Кл). Используется вместо поглощенной, так как ее трудно оценить на практике (из-за неоднородностей среды и неточностей в определении коэффициента поглощения)

𝑋=𝑑𝑞/𝑑𝑚 [Р (рентген)]

В СИ: 1 Р = 2.58*10^-4 Кл/кг

Для оценок 1 Р = 0,877 рад = 1 рад

Поглощенная доза пропорциональна экспозиционной

𝐷п = 𝑓𝑋, 𝑓–коэффициент пропорциональности.

𝑓=0.88 для воздуха

𝑓=1.5 - 4 для костной ткани

𝑓=1 для мышечной ткани

Лучевое поражение зависит от:

- Поглощенной дозы

- Ее распределения во времени

- От распределения плотности энергии в пространстве

3) Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) – отношение поглощенной дозы образцового облучения Dпо, вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе Dп данного излучения, вызывающей такой же биологический эффект

ОБЭ=𝐷по/𝐷п

ОБЭ позволяет сопоставить биологическое действие разных излучений.

В качестве образцового принято РИ с энергией 200 кэВ.

4. Эквивалентная доза – произведение поглощенной дозы Dп данного вида излучения на соответствующий коэффициент качества Q

Э=𝐷п∙𝑄 [Зв (зиверт)]

В СИ: 1 Зв = 1Гр =100 бэр = 87,7 Р = 100 Р (для крупных объектов)

1 Зв эквивалент поглощенной дозы в 1 Гр.

1 бэр – поглощенная доза любого вида ИИ, которая имеет такую же биологическую эффективность, как и 1 рад РИ со средней удельной ионизацией 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде.

Взвешивающие коэффициенты тканей (органов) человека

при равномерном облучении всего тела

• После умножения величины эквивалентной дозы для конкретного органа на соответствующий коэффициент и суммирования ее по всем органам и тканям получают эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект от облучения на организм.

СХЕМА РАЗВИТИЯ ЛУЧЕВОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ И МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕГО

Различают несколько стадий взаимодействия РИ с веществом:

1) Физический процесс

2) Химический процесс

3) Физиологические процессы

Физическая стадия взаимодействия

1. Классическое (когерентное) рассеяние – рассеяние длинноволнового РИ без изменения длинны волны.

A_и > ℎ𝜗

Вызывает вынужденные колебания электронов с последующим переизлучением кванта той же частоты.

Не несет биологического действия, но учитывается при дозиметрии.

2. Фотоэффект – поглощение кванта РИ, часть энергии которого идет на ионизацию, а часть на сообщение скорости выбитому с глубоких орбиталей электрону.

A_и < ℎ𝜗

ℎ𝜗 = А_и + Е_к

Наблюдается при энергии фотонов 1-500 кэВ

3. Эффект Комптона (некогерентной рассеяние) – рассеяние фотона атомными электронами, при этом фотон откланяется от первоначальной траектории с потерей энергии.

ℎ𝜗 = 𝐴и + ℎ𝜗′ + Е_к

Наблюдается, если энергия кванта значительно превосходит работу ионизации (> 1 МэВ).

4. Образование электрон-позитронных пар – это такое взаимодействие фотонного излучения с веществом, при котором энергия фотона в поле ядра переходит в энергию массы покоя и кинетическую энергию электрона и позитрона.

Так как энергия покоя как электрона, так и позитрона равна 0,51 МэВ, то образование пар возможно лишь при энергии фотона большей 1,02 МэВ. Образование пар возможно только в поле ядра.

Поглощение фотонного излучения в результате образования пар наблюдается в основном на атомах тяжелых элементов. Этот процесс является преобладающим при энергии фотонов более 10 МэВ.

Ядро в соответствии с законом сохранения импульса принимает на себя часть импульса фотона. Часть энергии фотона, превышающая 1,02 МэВ, передается электрону и позитрону в виде кинетической энергии. Позитрон через короткое время аннигилирует с образованием двух вторичных фотонов, каждый из которых имеет энергию 0,51 МэВ и поэтому не может образовывать пары.