Величина ЛПЭ в кэВ/мкм зависит от плотности вещества

Величина ЛПЭ – важнейшая радиобиологическая характеристика излучения, показатель его биологической эффективности или «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 a-частиц.

Линейной плотностью ионизации (ЛПИ) называют отношение L/W, где L – ЛПЭ, W – энергия, необходимая для образования одной пары ионов. Точное значение W для тканей неизвестно. Для гадов значение W было измерено многими исследователями, оно составляет около 34 эВ. Для приблизительной оценки плотности ионизации в конденсированных системах обычно используют соотношение:

Чем выше значение ЛПЭ, тем больше энергии оставляет частица на единицу пути, тем плотнее распределены создаваемые его ионы вдоль трека.

На различных биологических объектах было проведено сопоставление эффективности различных типов ионизирующих частиц. Эти эксперименты позволили количественно оценить эффективность различных видов ионизирующих излучений и ввести коэффициенты, которые для каждой конкретной биологической системы называют эффективность данного типа излучения по сравнению с выбранным стандартным излучением. Коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) определяется из соотношения:

Для каждой излучаемой системы коэффициент ОБЭ находят путем сопоставления эффектов стандартного и исследуемого излучений, примененных в одинаковой дозе.

Для расчетов различных санитарных норм принимают относительные величины ОБЭ, которые являются усредненными результатами экспериментов на различных системах. Эти величины приведены в таблице:

Относительная биологическая эффективность

различных видов излучений

Виды излучения	ОБЭ
Рентгеновские и g-лучи до 3 МэВ	1
b-лучи до 3МэВ	1
a-лучи	20
Протоны и дейтроны (0,5-10Мэв)	10
Медленные нейтроны	3
Быстрые нейтроны (до 20МэВ)	10
Тяжелые ускоренные ионы	20

В таблице представлены результаты количественных измерений ионизирующей способности a-частиц и глубины их проникновения в ткани.

Энергия a-частиц, МэВ	ЛПЭ, КэВ/мкм	Длина пробега, МКМ	Число первичных ионов на 1мкм пути в ткани, пар ионов/мкм
	263,9	5,3	6207,0
	134,6	16,8	2031,0
	82,01	47,0	1109,0
	60,41	91,6	775,4
	55,71	108,4	706,4

Длина пробега, потеря энергии и число первичных ионов при прохождении a-частиц в тканях плотностью 1г/см³.

Картинка, наблюдаемая при облучении тканей потоком b-частиц, 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 b-частица теряет большое количество энергии и изменяет первоначальное направления движения (рисунок).

Истинная и практическая длина пробега электронов в веществе. Путь от А до В – истинная длина пробега, L – практическая длина пробега (проникновения).

Длина пробега b-частиц определяется их энергией: при энергии 150 кэВ они проникают в ткань на глубину 278 мкм, а очень быстрые частицы с энергией 50 МэВ – на глубину до 19 см.

Величина ЛПЭ электронов и плотности распределения, генерируемых ими ионов быстро убывает с увеличением скорости частиц (таблица).

Энергия электронов, КэВ	Длина пробега, мкм	Потеря энергии, КэВ/мкм	Число первичных ионов на 1мкм/ткани, пар ионов/мкм
0,1	0,003	33,23
0,2	0,006	28,71	843,1
0,8	0,038	14,17	285,3
2,0	0,1595	7,680	127,8
9,5	2,303	2,367	31,90
22,5	10,51	1,233	15,06
45,0	35,76	0,7255	8,452
90,0	118,0	0,4462	4,986
150,0	278,1	0,3278	3,567
450,0	1508,5	0,2108	2,166

Длина пробега, потеря энергии и число первичных ионов, вызываемых электронами в ткани плотностью 1 г/см³.

Электронейтральные частицы (нейтроны, рентгеновское и g-излучение), обладая высокой проникающей способностью, углубляются в ткани на значительные расстояния. Они формируют большинство ионизаций косвенным путем: фотоны рентгеновского и g-излучения – за счет ускоренных электронов, а нейтроны – за счет ядер отдачи. Эти заряженные частицы в основном и осуществляют перенос энергии излучения веществу, вызывая ионизации и возбуждения атомов.

Мягкие рентгеновские лучи (до 100кэВ) поглощаются в поверхностных слоях ткани за счет фотоэффекта. Длина пробега фотоэлектронов не превышает 2 мм, поэтому биологически существенный эффект, связанный с ионизацией атомов и молекул, возникает вблизи места поглощения падающего кванта.

Жесткие рентгеновские и g-лучи с энергией фотонов выше 300кэВ поглощаются в основном за счет эффекта Комптона. Максимум их поглощения лежит на глубине нескольких сантиметров.

При облучении тканей нейтронами с энергией 14МэВ 25% поглощенной дозы на глубине 15см создают тяжелые ядра отдачи с ЛПЭ выше 50кэВ/мкм и 70% - протоны отдачи (т.е. ускоренные ядра водорода) с ЛПЭ = 16кэВ/мкм.

Вопрос 2. 20 минут.

Физико-химические основы биологического действия

Дата добавления: 2014-01-14