Величина лпэ в кэВ/мкм зависит от плотности вещества.

Линейной плотностью ионизации (ЛПИ) называют отношение L/W, где L – ЛПЭ, W – энергия, необходимая для образования одной пары ионов.

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

Под линейной плотностью ионизации i понимают отношение числа dn ионов одного знака, образованных заряженной ионизирующей частицей на элементарном пути dl, к этому пути: i = dn/dl.

Линейной тормозной способностью вещества S называют отношение энергии dЕ, теряемой заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути: S = dE/dl.

Средним линейным пробегом заряженной ионизирующей частицы R является среднее значение расстояния между началом и концом пробега заряженной ионизирующей частицы в данном веществе.

По мере продвижения частицы в среде уменьшаются ее энергия и скорость, линейная плотность ионизации при этом возрастает и только при завершении пробега частицы резко убывает.

Взаимодействие -частиц с ядрами — значительно более редкий процесс, чем ионизация. При этом возможны ядерные реакции, а также рассеяние -частиц.

Бета-излучение, так же как и -излучение, вызывает ионизацию вещества. В воздухе линейная плотность ионизации -частицами может быть вычислена по формуле i = k(c/)², где k  4600 пар ионов/м, с — скорость света, a  — скорость -частиц.

В качестве одной из характеристик поглощения -излучения веществом используют слой половинного ослабления, при прохождении через который интенсивность -частиц уменьшается вдвое.

При попадании -излучения в вещество наряду с процессами, характерными для рентгеновского излучения (когерентное рассеяние, эффект Комптона, фотоэффект), возникают и такие явления, которые неспецифичны для взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. К этим процессам следует отнести образование пары электрон — позитрон, происходящее при энергии -фотона, не меньшей суммарной энергии покоя электрона и позитрона (1,02 МэВ), и фотоядерные реакции, которые возникают при взаимодействии -фотонов больших энергий с атомными ядрами. Для возникновения фотоядерной реакции необходимо, чтобы энергия -фотона была не меньше энергии связи, приходящейся на нуклон.

В результате различных процессов под действием -излучения образуются заряженные частицы; следовательно, -излучение также является ионизирующим.

Использование радионуклидов и нейтронов в медицине

Одна группа — это методы, использующие радиоактивные индикаторы (меченые атомы) с диагностическими и исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения радионуклидов для био­логического действия с лечебной целью. К этой же группе можно отнести бактерицидное действие излучения.

Метод меченых атомов заключается в том, что в организм вводят радионуклиды и определяют их местонахождение и активность в органах и тканях. Для обнаружения распределения радионуклидов в разных органах тела используют гамма-топограф (сцинтиграф), который автоматически регистрирует распределение интенсивности радиоактивного препарата. Гамма-топограф представляет собой сканирующий счетчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется, например, штриховой отметкой на бумаге. Применяя радиоактивные индикаторы, можно проследить за обменом веществ в организме. Гамма-топограф дает сравнительно грубое распределение источников ионизирующего излучения в органах. Более детальные сведения можно получить методом авторадиографии.

В этом методе на исследуемый объект, например биологическую ткань, наносится слой чувствительной фотоэмульсии. Содержащиеся в объекте радионуклиды оставляют след в соответствующем месте эмульсии, как бы фотографируя себя. Полученный снимок называют радиоавтографом или авторадиограммой.

Лечебное применение радионуклидов в основном связано с использованием -излучения (гамма-терапия). Гамма-установка состоит из источника, обычно ⁶⁰Со, и защитного контейнера, внутри которого помещен источник; больной размещается на столе. Применение гамма-излучения высокой энергии позволяет разрушать глубоко расположенные опухоли, при этом поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию.

Терапевтическое применение имеют и -частицы. Так как они обладают значительной линейной плотностью ионизации, то по­глощаются даже небольшим слоем воздуха. Поэтому использование -частиц в терапии (альфа-терапия) возможно лишь при их непосредственном контакте с организмом, либо при введении внутрь организма.

Еще одно лечебное применение -частиц связано с использова­нием потока нейтронов. В опухоль предварительно вводят элементы, ядра которых под действием нейтронов вступают в ядерную реакцию с образованием -частиц. Облучая после этого больной орган потоком нейтронов, вызывают ядерную реакцию и, следовательно, образование -частиц.

Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине

Ускорителем называют устройство, в котором под действием электрических и магнитных полей формируется пучок заряженных частиц высокой энергии.

Различают линейные и циклические ускорители. В линейных ускорителях частицы движутся по прямолинейной траектории, в циклических — по окружности или спирали.

Наиболее известным циклическим ускорителем является циклотрон (рис. 27.14), в котором под действием магнитного поля индукции , направленной перпендикулярно плоскости рисунка, заряженная частица движется по окружностям. Переменное электрическое поле между дуантами ускоряет частицу. Таким образом, магнитное 135/2.

поле обеспечивает вращение час­тицы по окружности, а электрическое поле — изменение ее кинетической энергии. Источник частиц находится вблизи центра циклотрона, пучок ускоренных частиц вылетает из циклотрона после ускорения.

Циклотрон способен ускорять протоны до 20—25 МэВ.

Фазотрон (синхроциклотрон) способен ускорять протоны до энерг. ~ ГэВ.

Для ускорения тяжелых частиц до энергий порядка гигаэлектрон-вольт и выше используют синхрофазотрон, в котором изменяют и маг­нитное поле, и частоту электрического поля.

Довольно распространенным ускорителем электронов невысоких энергий является бетатрон. В отличие от других циклических ускорителей в нем электрическое поле не подается от внешних источников, а создается при изменении магнитного поля (явление электромагнитной индукции). Электрон удерживается на орбите магнитным полем и ускоряется электрическим. Бетатроны способны ускорять электроны до десятков мега-электрон-вольт.

Ускорители заряженных частиц применяют как средство лучевой терапии в двух основных направлениях.

Во-первых, используют тормозное рентгеновское излучение, возникающее при торможении электронов, ускоренных бетатроном. Использование тормозного излучения оказывается более эффективным, чем гамма-терапия.

Во-вторых, используют прямое действие ускоренных частиц: электронов, протонов. Электроны ускоряются бетатроном, а протонный пучок получают от других ускорителей. Малое рассеяние протонов позволяет формировать узкие пучки и, таким образом, очень точно воздействовать на опухоль. Наряду с лечебным применением ускорителей в последние годы открылись возможности использования их в диагностике.

Ионная медицинская радиография. Суть метода: пробег тяжелых заряженных частиц (-частицы, протоны) зависит от плотности вещества. Поэтому если регистрировать поток частиц до и после прохождения объекта, то можно получить сведения о средней плотности вещества.

Синхротронным излучением называют интенсивное ультрафиолетовое и мягкое рентгеновское излучение, которое испускают электроны, движущиеся по круговой орбите со скоростями, близкими к скорости света. Синхротронное излучение в целях диагностики применяют аналогично обычному рентгеновскому излучению. Одно из преимуществ синхротронного излучения перед рентгеновским заключается в возможности поглощения этого излучения преимущественно некоторыми элементами, например иодом, который может иметь повышенную концентрацию в тканях. Отсюда возникают условия для ранней диагностики злокачественных опухолей.

Синхротронное излучение начинают также применять и в лучевой терапии.

Под действием ионизирующих излучений происходят химические превращения вещества, получившие название радиолиза. Возможные механизмы радиолиза воды:

Н₂О  Н₂О*, Н₂О*  Н^ + ОН^

Н₂О  Н₂О^+ + е^, Н₂О^+ + Н₂О  ОН ^+ Н₃О⁺,

ОН^  ОН^ + е^ , Н₂О + е^ Н₂О' ,

О₂ + е^ О^ , О₂^ + Н⁺  НО₂^,

НО₂^+ Н^  Н₂О₂.

Наиболее реакционноспособными являются три типа радикалов (присутствие неспаренного электрона у свободных радикалов обозначается жирной точкой в верхнем правом индексе), образующихся при радиолизе воды: е^, Н^ и ОН^. Взаимодействие органических молекул RH с этими радикалами может привести к образованию радикалов органических молекул, например:

RH + ОН^  R* + Н₂О, R^ + О₂  RO^₂,

RO^₂ + RH  ROOH + R^ и т. д.

Взаимодействие молекул органических соединений непосредственно с ионизирующими излучениями может образовать возбуж­денные молекулы, ионы, радикалы и перекиси: RH  RH* R^ + H^  ..., RH  RH^+ + е^  ....

Эти высокоактивные в химическом отношении соединения будут взаимодействовать с остальными молекулами биологической системы, что приведет к повреждениям генетического аппарата, мембран, других структур клеток и, в итоге, нарушениям функций всего организма.

Значительные биологические нарушения вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии излучения.

Ионизирующее излучение действует не только на биологический объект, подвергнутый облучению, но и на последующие поколения через наследственный аппарат клеток. Это обстоятельство, а также его условное прогнозирование особо остро ставят вопрос о защите организмов от излучения.

Для биологического действия ионизирующего излучения специфичен скрытый (латентный) период. Разные части клеток по-разному чувствительны к одной и той же дозе ионизирующего излучения. Наиболее чувствительным к действию излучения является ядро клетки.

Способность к делению — наиболее уязвимая функция клетки, поэтому при облучении прежде всего поражаются растущие ткани. Это делает ионизирующее излучение особенно опасным для детского организма, включая период, когда он находится в утробе матери. Губительно действует излучение и на ткани взрослого организма, в которых происходит постоянное или периодическое деление клеток: слизистую оболочку желудка и кишечника, кро­ветворную ткань, половые клетки и т.д. Действие ионизирующего излучения на быстрорастущие ткани используют также при терапевтическом воздействии на ткани опухоли.

При больших дозах может наступить «смерть под лучом», при меньших — возникают различные заболевания (лучевая болезнь и др.).

Механические колебания и волны. Физические характеристики звука. Аудиометрия

Свободные, затухающие и вынужденные механические колебания. Резонанс. Разложение колебаний в гармонический спектр. Применение гармонического анализа для обработки диагностических данных. Механические волны. Энергетические характеристики волны. Эффект Доплера и его применение для изменения скорости кровотока. Физические характеристики звука. Закон Вербера-Фехнера. Аудиометрия.

Ультразвук. Использование акустических методов и ультразвуковых воздействий в клинике.