Всі види, іонізуючих випромінювань можуть бути згруповані в квантові (фотонні) та корпускулярні.

До квантовим відносяться електромагнітні випромінювання - гальмівний і гамма-випромінювання, до корпускулярним - випромінювання, що складаються з частинок: пучки електронів, альфа-частинок, протонів, нейтронів, негативних пі-мезонів.

Дія випромінювання на організм людини починається з фізичного процесу - взаємодії випромінювання з речовиною, т. Е. З атомами і молекулами тканин. При цьому взаємодії енергія квантів і часток витрачається на іонізацію і збудження атомів і молекул. Залежно від типу випромінювання і величини енергії механізм взаємодії різний.

Протони, альфа-частинки і електрони поступово втрачають свою енергію при зіткненні з ядрами атомів і зовнішніми електронами. Так як маса альфа-частинок і протонів значна в порівнянні з масою електронів атомів, з якими вони соударяются, то траєкторія альфа-частинок і протонів прямолінійна.

Шлях електрона в речовині звивистий, оскільки він володіє малою масою і легко змінює напрямок під дією електричних полів атомів. Тому завжди початковий пучок електронів в тканинах має тенденцію до розбіжності (розсіювання електронів).

Схема основних актів взаємодії корпускулярних випромінювань
з атомами речовини в тканинах організму

Негативні пі-мезони при вході в речовина на початку шляху поводяться подібно протонам, але потім поведінку їх змінюється. Основна частина мезонів на певній глибині зупиняється і захоплюється ядрами атомів, наприклад ядрами атомів кисню. В результаті захоплення пі-мезона ядро ​​сильно збуджується і розпадається з випусканням нейтронів, протонів, дейтронів та альфа-частинок - відбувається як би атомний вибух в мініатюрі. А вже ці частинки викликають сильну іонізацію речовини.

Швидкі нейтрони втрачають свою енергію головним чином в результаті зіткнень з ядрами атомів водню. Останні вириваються з атомів і утворюють в тканинах короткі щільні скупчення іонів.

Після уповільнення нейтрони захоплюються атомними ядрами.

Частина ядер при цьому розщеплюється з виділенням протонів високої енергії, також дають щільні короткі скупчення іонів. Інші ядра випускають після захоплення нейтронів гамма-кванти високої енергії. Нарешті, частина ядер, зокрема ядра атомів натрію, фосфору, хлору , Після взаємодії з нейтронами стають радіоактивними. Таку радіоактивність називають наведеної.

Зверніть увагу на те, що перераховані елементи входять до складу тканин людини. Отже, після опромінення нейтронами в його тілі утворюються радіонукліди.

Таким чином, в результаті взаємодії заряджених і нейтральних частинок з середовищем про і з ходить іонізація речовини.

Для кожного виду випромінювання характерно певний розподіл іонів (енергії) в речовині.

Тип взаємодії фотонів з атомами речовини залежить від енергії фотонів. При низьких енергіях (5 - 50 кеВ) фотон частину своєї енергії витрачає на виривання орбітального електрона з атома, а решту - на надання йому деякої швидкості руху. В результаті сам фотон зникає, а вибитий з атома електрон викликає іонізацію оточуючих атомів. Цей механізм (так званий фотоефект) грає істотну роль при рентгенотерапії.

З курсу фізики
Електрон-вольт (е В) - спеціальна одиниця, що застосовується в атомній фізиці для вимірювання енергії елементарних частинок. 1 еВ відповідає кінетичної енергії, яку набуває заряджена частка, що володіє елементарним електричним зарядом (зарядом, рівним заряду електрона), проходячи через електричне поле з різницею потенціалів 1В.

Крім енергії елементарних частинок, в електрон-вольтах вимірюють енергію інших видів випромінювання - корпускулярного, фотонного.

У цьому випадку користуються кратними одиницями: кілоелектронвольт (кеВ), мегаелектронвольт (МеВ). 1 еВ = 1,6 * 10-19 Дж. 1 кеВ = 1000 еВ. 1 МеВ = 1 000 000 еВ.

При більш високих енергіях фотонів (близько 200 кеВ і вище) переважне значення отримує інший процес - комптонівське розсіювання фотонів.

У таких випадках частина енергії фотонів витрачається на виривання електрона з атома і надання йому певної кінетичної енергії, а сам фотон відхиляється від первинного напряму і продовжує рух в середовищі.

Рентгенівське або гамма-випромінювання, що змінило початковий напрямок внаслідок взаємодії з речовиною, називають розсіяним, або вторинним. Воно відрізняється від первинного не тільки іншим напрямком руху, а й меншою енергією фотонів.

При дії на атоми середовища фотонів з енергією більше 1 МеВ відому роль починає набувати процес утворення електронно-позитронного пар.

З цим механізмом доводиться рахуватися при опроміненні хворого пучком гальмівного випромінювання високої енергії. Коли фотон проникає в електричне поле ядра атома, він зникає, даючи життя парі елементарних частинок - електронів і позитронів.

Останній миттєво об'єднується із зустрічним електроном.

При цьому обидві частки зникають (так звана анігіляція), а натомість виникають два фотона, енергія кожного з яких вдвічі менше енергії вихідного фотона.

Таким чином, фотон при проходженні через речовину утворює лише одну пару іонів в разі фотоефекту або кілька пар іонів за рахунок вибивання електронів віддачі при поступовому розсіянні. Але зате виникли фотоелектрони і електрони віддачі витрачають енергію на іонізацію речовини, обумовлюючи тисячі актів іонізації. Отже, гальмівне (в тому числі рентгенівське) і гамма-випромінювання, в основному

за посередництва вторинних електронів, також виробляють іонізацію речовини, через яке вони проходять.

Завдання 1
Визначте, які схеми на малюнку відображають фотоефект, ефект Комптона, процес утворення пар.

дивіться - Відповідь до завдання 1

Схема основних актів взаємодії фотонів з речовиною

«Медична радіологія»,
Л.Д.Лінденбратен, Ф.М.Лясс