Курс на взаимодействие йонизиращо лъчение вещество Радиоактивност Преподаване изследвания биохимия

I. Леко заредени частици: електрони (негатони - позитрони)
1. Йонизация и възбуждане
2. Спирачно излъчване
3. Специален случай на позитрони

II. Тежки заредени частици: α частици

III. Линеен трансфер на енергия: T.L.E.

IV. Траектория и ход на заредените частици в материята
1. β частици-
2. А-частиците
3. Заключение по пътя на заредените частици

Б. X и γ електромагнитно излъчване

I. Трите основни ефекта
1. Фотоелектричният ефект
2. Ефектът или дифузията на Комптън
3. Производството на двойки
4. Област на превес на всеки от тези ефекти

II. Затихване на електромагнитното излъчване
1. Закон за затихване
2. Полузатихващ слой
3. Обобщаваща таблица

А. Заредени частици.

I. Леко заредени частици: електрони (негатони или позитрони)

идват от β-, β + емисии от радиоактивни ядра	идват от йонизация или възбуждане на целевите ядра
са електрони, задвижвани от ускорител на частици	идват от взаимодействието на X или γ фотони с материята

1. Йонизация и възбуда

Електроните взаимодействат по преобладаващ начин с електроните на атомите, съставляващи кръстосаната среда.

Ако енергията, пренесена от падащия електрон, е по-голяма от енергията на свързване (E> 30 eV) на електрон от целевия атом, той се изхвърля от процесията и има йонизация на атома. Въпросните атомни електрони са силно свързаните електрони на К черупката .

Ако енергията, пренесена от падащия електрон, е точно равна на разликата между енергиите на свързване на 2 електронни слоя на целевия атом, електрон от този атом скача върху по-малко свързан слой и има възбуждане. Съответните атомни електрони са слабо свързаните електрони на външните слоеве.

Йонизациите и възбужданията са в основата на радиоиндуцираните биологични лезии .

2. Спирачно излъчване

По-рядко електроните взаимодействат с ядрата на атомите, съставляващи пресичаната среда.

Падащият електрон се отклонява в полето на Кулон на целевия атом и тази промяна в траекторията е придружена от излъчването на рентгеново лъчение, наречено спирачно лъчение. Това явление се отнася само за електрони с много високи енергии (няколко MeV) и които също преминават през среда, изградена от тежки атоми, тоест плътна среда.

Пример: за радионуклеид, излъчващ само β - подобно на 32 15P (Eβ-Max = 1,7 MeV), оловните екрани трябва да бъдат забранени за защита срещу тях.

Тъй като оловото е изключително плътно, спирачното лъчение се увеличава. Напротив, необходимо е да се използва лек материал като плексиглас.

3. Специален случай на позитрони

Когато инцидентният позитрон е в покой, тоест когато загуби цялата си първоначална енергия, той се свързва с негатон и тези 2 частици се дематериализират. Това се нарича унищожение .

Законите за запазване на енергията обаче показват, че този феномен на анихилация води до 2 гама лъча (2 γ фотона), излъчени в противоположни посоки и всеки с енергия от 511 keV.

Енергията, еквивалентна на масата на покой на електрона, е: Електрон = m. c 2
Масата на електрона = 0.9 10 -27 g = 0.9 10 -30 kg и c = 3 10 8 m.s -1
следователно: Eelectron = 8.1 10 -14 J = 511 keV (тъй като: 1 eV = 1.6 10 -19 J)

Тъй като оригиналният електрон е негатон, а другият позитрон, имаме излъчване на 2 излъчвания на енергия 511 keV.

В някои книги се открива, че унищожаването поражда само един гама фотон .

II. Тежки заредени частици: α частици

Те взаимодействат главно с електроните на целевите атоми, причинявайки йонизация или възбуждане (задействаните електрони се наричат δ лъчи).

Взаимодействията с ядрата са вторични.

Α частиците имат маса 4 х 1800 пъти по-голяма от тази на електроните. В резултат, тъй като са много по-тежки, те не са обект на спирачно излъчване.

III. Линеен трансфер на енергия (T.L.E.)

Независимо от механизма на взаимодействие между падащите електрони и материята, има пренос на енергия от електрон към материя и електронът се забавя. Опитът показва, че трансферите с ниска енергия са много предпочитани. Следователно падащият електрон трябва да претърпи много голям брой взаимодействия, преди да бъде спрян.

Това прогресивно и непрекъснато забавяне се характеризира с величина, наречена линеен трансфер на енергия или T.L.E.: T.L.E. = dE/dx

което превежда средната енергия, прехвърлена към средата от частицата (dE) на единица дължина на изминатия път (концепция, разработена с тази на пътя).

Тази дефиниция показва, че колкото повече T.L.E. е голямо, толкова повече енергия се отделя на малко разстояние (или дебелина на тъканта).

В биологичните тъкани щетите са още по-важни, тъй като енергията, предавана локално от падащата частица, е голяма.

T.L.E. следователно директно отразява биологичната неприятност на дадено лъчение.

IV. Траектория и ход на заредените частици в материята

1. β частици -

Траекторията на електрон в дадена среда може да бъде много извита, тъй като електроните могат да претърпят отклонения от 180 ° в случай на обратно разсейване. В резултат на това максималната дълбочина, достигната от електрона в първоначалната посока на падане, е по-малка от дължината на неговата траектория.

Тази максимална дълбочина е това, което се нарича курс (или дълбочина на проникване или обхват). Пътят на електрона в дадена среда е функция от неговата енергия и този път може да бъде оценен чрез следната емпирична връзка: