Физико-дозиметрические основы действия излучений.

«Ионизирующие» излучения получили свое название по способности непосредственно или косвенно вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Действие ионизирующих излучений осуществляется путем передачи энергии живой материи. Эффекты такого действия на живые организмы и человека, в том числе, являются результатом последовательности ряда элементарных событий: физических взаимодействий, радиохимических реакций и молекулярных повреждений.

Эти элементарные явления приводят к последствиям, которые могут проявиться на уровне клеток, клеточных популяций, тканевом или органном уровнях.

Элементарный акт взаимодействия излучения с веществом – это поглощение энергии орбитальным электроном, приводящее к переходу атома или молекулы в возбужденное состояние вплоть до высвобождения электрона. Оставшаяся часть атома или молекулы, приобретая положительный заряд, становится положительным ионом. Свободный электрон, ассоциируясь с одним из нейтральных атомов, порождает отрицательный ион.

Измерение энергии, необходимой для образования пары ионов, показало, что в среднем эта величина при прохождении частиц через газы равна 34 эВ. Она колеблется от 22 до 36эВ для различных типов частиц и их энергий, а также в зависимости от материала поглотителя. В настоящее время для биологических тканей и для всех видов заряженных частиц средняя энергия на пару ионов принимается равной 34 эВ. Указанная энергия значительно больше средней энергии ионизации атома (10 – 15 эВ, «потенциал ионизации»), т.к. кроме ионизации, энергия тратится на возбуждение и/или диссоциацию атомов и молекул. Если энергия, передаваемая веществу меньше потенциала ионизации, происходит лишь возбуждение атомов или молекул.

1. Типы ионизирующих излучений

Все ионизирующие излучения делят на электромагнитные и корпускулярные. К электромагнитным относят рентгеновские лучи, гамма лучи радиоактивных элементов и тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Электромагнитные излучения имеют ту же природу, что и видимый свет или радиоволны, отличаясь от них только меньшей длиной волны, или, как принято говорить, большей жесткостью. Благодаря этому, энергия квантов коротковолнового излучения на четыре порядка больше, чем энергия световых квантов.

Все остальные виды ионизирующей радиации имеют корпускулярную природу, представляя собой элементарные ядерные частицы или сами ядра (корпускулы): 1) заряженные корпускулы (большинство) -β-частицы (электроны и позитроны); отрицательно заряженные π-мезоны; протоны (ядра водорода); дейтроны (ядра тяжелого водорода, дейтерия); α-частицы (ядра гелия) и тяжелые ионы – ядра других элементов, ускоренных до больших энергий в специальных ускорителях; 2) к незаряженным корпускулам относятся нейтроны (ядерные частицы не имеющие заряда).

Заряженные частицы с кинетической энергией, достаточной для производства акта ионизации относятся к непосредственно ионизирующим излучениям.

К косвенно ионизирующим излучениям относятся нейтроны и R- и γ -лучи (фотоны), которые могут создавать непосредственно ионизирующие частицы в результате процессов взаимодействия с веществом. При этом следует иметь в виду, что и непосредственно ионизирующие частицы в процессе взаимодействия с веществом также могут создавать вторичные фотоны и частицы, относящиеся в свою очередь как к непосредственно, так и к косвенно ионизирующим.