ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пространственное распределение иоиов. Относительная биологическая эффективность различных видов ионизирующих излучений из "Основы радиационной биофизики" Следовательно, интегральная поглощенная доза, по величине которой судят о суммарном числе образованных возбуждений и ионизаций, не может использоваться для сопоставления эффективности различных типов излучения. Точно так же не совпадает со степенью конечного биологического эффекта величина энергии ионизирующих частиц а-частицы с энергией 2,5 МэВ эффективнее а-частиц с энергией 27 МэВ, а р и а-частицы примерно равной энергии значительно различаются по степени поражающего-действия. [c.31] Чем выше значение ЛПЭ, тем больше энергии оставляет частица на единицу пути, тем плотнее распределены создаваемые ею ионы вдоль трека. [c.32] Обратимся еще раз к данным рис. 1-6. Наклон -кривых на этом рисунке отражает эффективность, с которой различные виды излучения вызывают гибель клеток. Чем больше наклон кривой, тем меньше клеток выживает в популяции, поглотившей определенную дозу излучения, т. е. тем эффективнее биологическое действие данного типа ионизирующих частиц. Наклон кривых увеличивается с ростом ЛПЭ излучения. Наибольшей эффективностью в рассматриваемом эксперименте обладали а-частицы с ЛПЭ = = 165 кэВ/мкм. [c.32] Величина ЛПЭ — важнейшая радиобиологическая характеристика излучения, показатель его биологической эффективности, илн, как иногда говорят, качества физическая природа частиц или квантов не сказывается на специфике биологического действия, например, при равных ЛПЭ наблюдают одинаково эффективное подавление размножения клеток как в результате рентгеновского облучения, так и при действии а-частиц. [c.32] Для того чтобы представить возможную причину различной эффективности излучений с высокими и низкими значениями ЛПЭ, рассмотрим схематическое изображение треков некоторых частиц (рис. 1-7). Здесь представлены участки треков частиц, сферическая молекула белка толщиной 310° нм, распределение актов возбуждения и ионизации, произведенных частицами вдоль направления своего движения а-частицы, обладающие энергией 4 МэВ, передают веществу 130 кэВ на 1 мкм пути, что соответствует примерно 3800 ионизациям на 1 мкм. При такой высокой плотности ионизации в масштабе белковой молекулы частица может произвести несколько следующих друг за другом актов ионизации и возбуждения. Электроны с энергией 0,5 МэВ имеют величину ЛПЭ = 0,2 кэВ/мкм. Такие электроны образуют около 6 пар ионов на 1 мкм пути, т. е. вероятность возникновения ионизации в пределах белковой молекулы толщиной около 0,003 мкм весьма мала. [c.32] Как видно из определения, в качестве стандартного выбирают рентгеновское излучение с энергией квантов 200 кэВ, которое образует примерно 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде. Для такого излучеиия ОБЭ принимают равным единице. Для каждой изучаемой системы коэффициент ОБЭ находят путем сопоставленля эффектов стандартного и исследуемого излучений, примененных в одинаковой дозе. При этом необходимо учитывать, что значение ОБЭ может изменяться в зависимости от того, однократно нли дробно поглощалась объектом определенная доза излучения, а также от мощности дозы. Желательно, чтобы сравниваемые виды излучения имели одинаковую кинетику действия а выбранную тест-систему. [c.34] В качестве примера рассмотрим результаты одного из экспериментов по определению ОБЭ нейтронов по критерию — возникновению лучевых катаракт у мышей. Оказалось, что стандартное рентгеновское излучение в дозе 8 Гр приводило к появлению катаракты у 50% мышей. Такой же эффект достигался в результате нейтронного облучения (0,5 МэВ) в дозе 2 Гр. Коэффициент ОБЭ для этой системы равен четырем. Однако если облучение в той же дозе производили отдельными фракциями, то коэффициент ОБЭ значительно возрастал. [c.34] Для расчетов различных санитарных норм принимают относительные величины ОБЭ, которые являются усредненными результатами экспериментов на различных системах. Эти величины приведены в табл. 1-3. [c.34] Рентгеновские и у-лучи до 3 МэВ. [c.35] Быстрые нейтроны (до 20 МэВ). . Тяжелые ускоренные ионы. . . . [c.35] При значениях ЛПЭ выще 90—100 кэВ/мкм кривая зависимости ОБЭ от ЛПЭ проходит максимум и. снижается. Вероятно, это связано с тем, что уже при значении ЛПЭ=100 кэВ/мкм в клетке возникает критическое число ионизаций, достаточное для ее гибели. Дальнейшее увеличение плотности ионизации неэффективно. [c.35] Величина ЛПЭ излучения зависит от скорости частицы и величины ее заряда (рис. 1-5 и уравнение Бете—Блоха 1-5). Так как йЕ/(1х г , то величина ЛПЭ многозарядных частиц значительно превосходит ЛПЭ однозарядных при равных скоростях. [c.35] Согласно уравнению Бете—Блоха величина ЛПЭ обратно пропорциональна -квадрату скорости заряженной частицы. Следовательно, по мере замедления частицы в веществе увеличивается ЛПЭ и резко возрастает число образованных ионов (рис. 1-9). Таким образом, в радиобиологических экспериментах возможно использование излучений с различной величиной ЛПЭ, а следовательно и ОБЭ. Для этого необходимо выбирать ионизирующие частицы, с определенным зарядом и скоростью (т. е. энергией). [c.36] Знание Д1еханизма взаимодействия ионизирующих частиц с атомами поглотителя позволяет судить о характере ионизации в облученном биологическом субстрате, что необходимо при использовании ионизирующих излучений в радиотерапии и радиодиагностике, при определении оптимальных режимов облучения различных объектов. [c.36] Тяжелые заряженные частицы практически не отклоняются от своего первоначального направления распространения благодаря значительной разнице их массы и массы электрона, с которым они взаимодействуют, т. е. их треки мож но считать прямолинейными и имеет смысл говорить об определенной глубине проникновения в вещество. [c.37] Энергия а-частиц затрачивается на ионизацию и возбуждение атомов, которые обусловлены кулоновским взаимодействием заряженной частицы со связанными электронами. Не вся энергия заряжеиной частицы оставляется вдоль ее прямолинейного трека, иначе тяжелые частицы были бы идеальным щупом , позволяющим зондировать клетки, строго избирательно повреждая микроструктуры, расположенные на определенной глубине. Некоторая доля энергии частицы выносится за пределы ее трека выбитыми из атомов электронами, обладающими значительным запасом энергии и большой длиной пробега. Эти электроны образуют треки, ответвляющиеся от трека первичной частицы, и вызывают на пути ионизации и возбуждения, Плотность распределения. которых зависит от энергии выбитого электрона. Так, например, а-частицы с энергией 1 МэВ могут генерировать вторичные электроны, длина пробега которых вдвое превосходит трек самой тяжелой частицы. [c.37] Большая часть энергии тяжелой заряженной частицы переносится к вторичным электронам, малыми порциями , т. е. образуются свободные электроны с энергией менее 100 эВ. Вызванная ими ионизация происходит в непосредственной близости от места первичной ионизации, на расстоянии порядка нескольких десятков нанометров от трека частицы. Таким образом, в относительно небольшом объеме вдоль трека частицы возникает некоторое число пар ионов (положительные ионы и электроны), порожденных первичной ионизацией и вторичными электронами с энергией менее 100 эВ. Эти скопления получили название рой ионов , они и формируют трек частицы. Термины первичная ионизация , рой ионов и событие потери энергии можно считать эквивалентными. [c.37] Картина, наблюдаемая при облучении тканей потоком р-час-тиц, отличается от рассмотренной выше прежде всего криволинейной траекторией частиц в веществе. Это связано с равенством масс взаимодействующих частиц в единичном акте соударения с орбитальным электроном р-частица теряет большое количество энергии и изменяет первоначальное направление движения (рис. М1). [c.38] Длина пробега р-частиц определяется их энергией при энергии 150 кэВ они проникают, в ткань на глубину 278 мкм, а очень быстрые частицы с энергией 50 МэВ — па глубину до 19 см. [c.38] Величина ЛПЭ электронов и плотность распределения генерируемых ими ионов быстро убывает с увеличением скорости частиц (табл. 1-5). Если медленные электроны с энергией до 1 кэВ дают очень короткие треки с высокой плотностью ионизации (вся энергия частицы передается веществу на первых 0,1—1 мкм пути). [c.38] Вернуться к основной статье