116. Ионизирующее излучение и его характеристики.

ИОНИЗИРУЮЩИМ называют такое излучение, которое при взаимодействии со средой вызывает ионизацию ее атомов и молекул. Ионизирующее излучение делится на два типа: КОРПУСКУЛЯРНОЕ И ВОЛНОВОЕ. К корпускулярному относятся потоки электронов, позитронов ( минус и плюс излучение), протонов, альфа частиц, нейтронов, дейтронов, пи-мезонов, ядра атомов. К волновому относят три вида - рентгеновское, гамма- излучение и синхротронное излучение.

Облучение объектов ионизирующим излучением достигается тем, что объекты на определенное время помещают в пространство сосредоточенного ионизирующего излучения. Это пространство называют полем излучения. В качестве интегральной энергетической характеристики поля излучений, в которой отражается возможность в данной точке поля осуществиться определенному радиационному эффекту взаимодействия излучения с веществом, принята экспозиционная доза излучения Dэксп.

Взаимодействие излучения с веществом количественно оценивается линейной плотностью ионизации, линейной тормозной способностью вещества и средним линейным пробегом излучения. Под линейной плотностью ионизации i понимают отношение числа dn ионов одного знака (или пар ионов), образованных ионизирующим излучением на элементарном пути dl, к этому пути i = dn / dl .

Линейной тормозной способностью вещества S называют отношение энергии dE, теряемой ионизирующим излучением при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути : S = dE /dl .

Средним линейным пробегом ионизирующего излучения R является среднее значение расстояния между началом и концом пробега ионизирующего излучения в данном веществе.

117. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.

Заряженные частицы и электромагнитное ионизирующее излучение, распространяясь в веществе, взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате чего изменяется состояние, как вещества, так и частиц или характеристики излучения. Основным механизмом потерь энергии ионизирующего излучения при прохождении через вещество является ионизационное торможение - энергия расходуется на ионизацию и возбуждение атомов среды.

Ионизация и возбуждение являются первичными процессами. Вторичными процессами могут быть увеличение скорости молекулярно - теплового движения, характеристическое рентгеновское излучение, радиолюминесценция, химические процессы. Наиболее чувствительным к действию излучения в организме человека является ядро клеток.

Взаимодействие излучения с веществом количественно оценивается линейной плотностью ионизации, линейной тормозной способностью вещества и средним линейным пробегом излучения.

118. Дозиметрия ионизирующего излучения. Кривые «доза – эффект. Поглощенная и экспозиционная доза.

Для регистрации доз и мощностей доз ионизирующей радиации используют дозиметры разнообразной конструкции, основанных на разных принципах учета излучений: по ионизации газовой среды, по световому излучению, образующемуся в специальных составах - сцинтилляторах при прохождении через них частиц или квантов, по действию излучения на фоточувствительные материалы, по выходу некоторых радиационно - химических реакций. Из химических методов дозиметрии чаще всего применяют при регистрации доз гамма - лучей раствор FeSO4 в H2SO4. Под влиянием излучения Fe² ионы окисляются до Fe³ ионов, что определяют по изменению оптической плотности раствора при 304 нм. Для регистрации поглощенных доз в биологических объектах используют тканеэквивалентные детекторы излучений. Кривые «доза – эффект»получают путем определения количества погибших клеток под действием той или иной дозы облучения. Поскольку эффект облучения определяется энергией, поглощенной объектом, помещенным в поле излучения, то в качестве энергетической характеристики облучения используют поглощенную дозу (Dпогл.). Поглощенная доза Dпогл. относится не к полю излучения, а к облученному объекту, и в ней отражается отнесенная к единице массы m облучаемого объекта, поглощенная им энергия ионизирующего излучения E :

Dпогл . = E / m

Единицей поглощенной дозы является доза, равная Дж / кг. Называется эта единица грэй

(Гр). Скорость накопления поглощенной дозы называется мощностью поглощенной дозы излучения ( Pпогл ) : P погл = dDпогл / dt ( Гр / с ).

Ранее широко использовалась внесистемная единица поглощенной дозы - рад, равная поглощенной дозе, при которой на 1кг вещества приходится 100 эрг поглощенной энергии. Легко видеть, что 1 рад = 10 ˜² Гр.

Для расчета поглощенной дозы по экспозиционной используют соотношение :

Dпогл = f X , где f- коэффициент передачи энергии излучения данному веществу, определяется экспериментально, Х – экспозиционная доза. Для воздуха f = 0,88. Для воды и мягких тканей человека f = 1 следовательно, доза излучения в радах численно равна соответствующей зкспозиционной дозе в рентгенах. Это и обусловливает удобство использования внесистемных единиц - рада и рентгена. Для костной ткани коэффициент уменьшается с увеличением энергии фотонов приблизительно от 4,5 до 1. Экспозиционная доза характеризует качество излучения вне зависимости от того, облучается ли какой - либо конкретный объект. Экспозиционная доза является мерой ионизационного действия излучений. Ее единицей является кулон на килограмм ( Кл / кг ). 1 Кл / кг - экспозиционная доза рентгеновского или гамма - излучения, при которой излучение в сухом атмосферном воздухе производит ионы, несущие электрический заряд каждого знака, равный 1 Кл. Широкое распространение имеет внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген ( Р ):

1 Р = 2,58 · 10^–4 Кл / кг. Мощность экспозиционной дозы (X/t) в объеме V зависит от числа фотонов, так именно они вызывают ионизацию, число которых пропорционально активности А о обратно пропорционально площади поверхности сферы (4 r²). Отсюда получаем, что: X/t =k A/ r² Скорость приращения экспозиционной дозы в поле излучения называется мощностью экспозиционной дозы ( Pэксп) :

Pэксп = d Dэксп / dt ( Кл / кг ·с ).

Поскольку биологическое действие излучений зависит не только от поглощенной дозы, но и от качества излучения, их относительной биологической эффективности, вводится понятие эквивалентной дозы излучения. Эквивалентная доза излучения - это доза данного типа излучения, оказывающая такое же биологическое действие на данный биологический объект, как доза в 1 зиверт ( Зв. ). 1 зиверт - равен дозе данного типа излучения, при которой эффект биологического действия излучений такой же, как и при действии 1 Гр рентгеновских лучей или гамма - излучений, 1 Зв = 1 Дж / кг. Эквивалентная доза носит чисто условный характер, основываясь на упрощениях сложных по своей природе понятий качества излучений.

36