Классификация ионизирующих излучений
Все ионизирующие излучения можно сгруппировать в корпускулярные и квантовые (фотонные).
- Квантовые излучения – это электромагнитные излучения ($\gamma$- и тормозное).
- Корпускулярные излучения – это излучения, которые состоят из частиц (отрицательных -мезонов, нейтронов, протонов, $\alpha$-частиц, пучки электронов).
Излучение влияет на организм человека, начиная с физического процесса, которым является взаимодействие излучения с веществом, то есть с молекулами и атомами тканей. При таком взаимодействии энергия частиц и квантов расходуется на возбуждение и ионизацию молекул и атомов. Механизм взаимодействия различается в зависимости от величины энергии и типа излучения.
Электроны, $\alpha$-частицы и протоны постепенно теряют собственную энергию при столкновении с внешними электронами и ядрами атомов. Так как масса протонов и $\alpha$-частиц является значительной в сравнении с массой электронов атомов, с ядрами которых они соударяются, следовательно траектория протонов и $\alpha$-частиц является прямолинейной.
Электрон в веществе проделывает извилистый путь, так как его масса малая и его направление поддается изменению под действием электрических полей атомов. Поэтому начальный пучок электронов в тканях всегда расходится (рассеивание электронов).
При входе в вещество отрицательные -мезоны сначала ведут себя как протоны, а затем их поведение меняется. Происходит остановка на определенной глубине основной части мезонов и захват ядрами атомов, к примеру, ядрами атомов кислорода. В следствие захвата $\pi$-мезона происходит сильное возбуждение ядра и его распад с испусканием $\alpha$-частиц, дейтронов, протонов и нейтронов – происходит что-то схожее на миниатюрный атомный взрыв. И вот эти частицы провоцируют вызов сильной ионизации вещества.
У быстрых нейтронов происходит потеря их энергии в основном при столкновении с ядрами атомов водорода, которые вырываются из атомов и создают в тканях плотные и короткие скопления ионов.
При замедлении нейтроны захватывают атомные ядра. При этом происходит расщепление какой-то части ядер и выделяются протоны высокой энергии, которые также дают плотные и короткие скопления ионов. Остальные ядра после захвата нейтронов выделяют $\gamma$-кванты высокой энергии. В результате часть ядер (такие как ядра атомов хлора, фосфора, натрия) после взаимодействия с нейтронами превращаются в радиоактивные. Такая радиоактивность называется наведенной.
Обратим внимание, что перечисленные элементы являются составляющими тканей человека. А, значит, после облучения нейтронами в человеческом теле образуются радионуклиды.
Взаимодействие фотонов и атомов
Итак, после взаимодействия нейтральных и заряженных частиц со средой происходит ионизация вещества.
Каждый вид излучения характеризуется определенным распределением ионов (т.е. энергии) в веществе.
Вид взаимодействия фотонов и атомов вещества находится в зависимости от энергии фотонов. В случае низких энергий (от 5 до 50 кэВ) часть собственной энергии фотона уходит чтобы вырвать орбитальный электрон из атома, а оставшаяся часть – чтобы придать ему некоторую скорость движения. После чего сам фотон исчезает, а электрон, который был выбит из атома, вызывает ионизацию атомов вокруг. Подобный механизм, который называют фотоэффектом, имеет существенное значение при рентгенотерапии.
Знание проникающей способности излучения, которая зависит от характера взаимодействия вещества и излучения необходимо, например, для расчета толщины защитных экранов.
