Физические свойства различных видов ионизирующих излучений

Из таблицы 1 видно, что рентгеновское излучение и тормозное излучение высокой энергии обладает сходными с гамма-излучением природой и физическими свойствами.

Таблица 1 – Свойства квантовых излучений

Вид излучения	Источник	Скорость	Энергия	Заряд	Длина пробега в тканях	Плотность ионизации в тканях
Рентгеновские лучи	Рентгенов-ская трубка	300 тыс. км/с	250 - 400 кэВ		Десятки сантиметров	1-2 пары ионов на 1мк
Тормозное излучение высоких энергий	Линейный ускоритель	300 тыс. км/с	4 - 45 МэВ		Метры	0,5 – 2 пары ионов на 1 мк
Гамма-лучи	60Со	300 тыс. км/с	1,25 МэВ		Метры	0,5–2 пары ионов на 1 мк

К корпускулярному излучению относятся альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны, протоны, пи-мезоны и тяжелые ионы. Они представляют собой поток быстролетящих заряженных или нейтральных (нейтроны) частиц – корпускул.

Альфа-излучение (a-частицы) – это поток частиц с массой, равной четырем, и двойным положительным зарядом, т.е. поток ядер атомов гелия. Альфа-частица состоит из двух нейтронов и двух протонов. Альфа-излучение естественных радиоактивных изотопов (энергия до 9 МэВ) обладает очень малой проникающей способностью, составляющей в тканях человека 50-70 мк. Оно применяется только в виде общих или местных радоновых ванн (²²²Rn) в физиотерапевтической практике. Альфа-частицы супервольтной энергии (800 МэВ), полученные на циклических ускорителях, обладают высокой проникающей способностью.

Бета-излучение (b-частицы) – это частицы, имеющие отрицательный или положительный заряд и массу, равную 1/1840 массы атома водорода. Их энергия варьирует в значительных пределах: от минимальной, практически нулевой, до максимальной – в несколько миллионов электрон-вольт. Источниками бета-излучения являются естественные и искусственные радиоактивные вещества (³²Р, ⁹⁰Y, ¹³¹I), а также линейные и цикличные ускорители. Характеристика альфа- и бета-излучения радиоактивных веществ приведена в таблице 2.

Таблица 2 – Свойства альфа- и бета-излучений радиоактивных веществ

Вид, природа излучения	Источник	Скорость	Энергия	Заряд	Длина пробега в тканях	Плотность ионизации в тканях
Альфа-излучение: ядра гелия	Естественные радиоактивные Нуклиды	15 – 20 тыс. км/с	До 9 МэВ	+	50-70 мк	3000-4000 пар ионов на 1 мк
Бета-излучение: а) поток электронов	Естественные и искусственные радиоактивные нуклиды	87 – 298 тыс. км/с	До 3 МэВ	–	До 10 мм	50 -70 пар ионов на 1 мк
б) поток позитронов	Искусственные радиоактивные Нуклиды	87 – 298 тыс. км/с	До 3 МэВ	–	До 10 мм	50 -70 пар ионов на 1 мк

Как следует из таблицы 2, проникающая способность бета-частиц значительно превосходит таковую альфа-частиц, тогда как ионизационная способность альфа-излучения намного выше, чем бета-излучения.

Таким образом, сопоставляя физические свойства альфа- и бета-частиц, источником которых являются радиоактивные вещества, с таковыми ортовольтного рентгеновского и гамма-излучения необходимо подчеркнуть, что наибольшей проникающей способностью обладают гамма-лучи. Что касается плотности ионизации, то на единицу пробега в тканях альфа-частицы оказывают действие в сотни раз более сильное, чем бета-частицы, и в тысячу раз сильнее, чем рентгеновское и гамма-излучение.

Нейтронное излучение – поток нейтронов, представляющих собой элементарные частицы, не имеющие электронного заряда, с массой, равной 1,00897 атомной единицы массы. В клинической практике находят применение быстрые нейтроны с энергией от 20 кэВ до 20 МэВ. Основными источниками нейтронов, используемых с лечебной целью, являются ускорители и ядерные реакторы (для дистанционного облучения), а также радиоактивный калифорний (²⁵²Сf) для контактного облучения.

Протонное излучение – поток элементарных частиц с массой, равной 1,00758 атомной единицы массы, и положительным зарядом. Протоны – это ядра атомов водорода, образующиеся при ионизации атомов водорода. Источником протонов для медицинских целей служат ускорители. Преимуществом протонов и получаемых на ускорителях альфа-частиц перед перечисленными ранее видами излучений является их способность образовывать в конце своего пробега в тканях максимум ионизации, именуемый пиком Брэгга. При этом доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5 – 3,5 раза.

Пи-мезонное излучение – поток элементарных частиц, имеющих массу, промежуточную между массой электрона и протона. Мезоны могут быть положительными (p+), отрицательными (p–) и нейтральными (p°). Заряд положительных и отрицательных пи-мезонов равен заряду электрона, а масса составляет 273,2 массы электрона. Как и у протонов, плотность ионизации у пи-мезонов растет к концу пробега (пик Брэгга). Однако, в отличие от протонов, остановившиеся отрицательные пи-мезоны захватываются ядрами атомов кислорода, углерода, азота или водорода, а затем расщепляют ядра с высвобождением громадного количества энергии, т.е. образуется максимум ионизации. При этом соотношение дозы в пике к дозе в окружающих тканях достигает 10/1. Основным источником мезонов являются ускорители.

Тяжелые ионы – ионы кислорода, азота, неона, аргона – имеют положительный заряд, обладают высокой плотностью ионизации и образуют пик Брэгга. Источником тяжелых ионов являются ускорители.

Физические свойства корпускулярных излучений супервольтных энергий представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Свойства корпускулярных излучений супервольтных энергий

Вид излучения	Электрический заряд	Масса	Энергия излучения
Ускоренные альфа-частицы	+		До 800 МэВ
Быстрые электроны	–	1/1840 массы атома водорода	До 45 МэВ
Быстрые нейтроны			До 20 МэВ
Протоны	+		До 200 МэВ
Пи-мезоны	–	273,2 массы электрона	До 70 МэВ
Тяжелые ионы	+	>4	До 500 МэВ

Из таблицы 3 видно, что наибольшей массой обладают ускоренные альфа-частицы и тяжелые ионы, наименьшей – быстрые электроны. Что касается величины энергии, то наиболее высокой она является у альфа-частиц, самой маленькой – у быстрых нейтронов.