Виды ионизирующих излучений и их свойства

Ионизирующие излучения (ИИ) получили свое название по способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Все ИИ подразделяются на электромагнитные и корпускулярные.

В зависимости от источника электромагнитные ИИ подразделяются на тормозное, характеристическое и γ-излучение.

Комптон-эффект – передача электрону лишь части энергии фотона, остальная энергия передается вторичному (рассеянному) фотону, который взаимодействует с атомами по механизму фотоэффекта или комптон-эффекта. При энергиях квантов от 0,1 до 2,0 МэВ (например, в случае проникающей радиации ядерного взрыва) на долю комптон-эффекта приходится до 99-100% поглощенной веществом энергии γ‑излучения.

Образование электрон-позитронных пар при прохождении γ‑кванта в непосредственной близости от ядра атома – это основной вид взаимодействия фотонов с веществом при их энергии более 50 МэВ, его удается наблюдать лишь в лабораторных условиях.

Образующиеся при поглощении квантов электромагнитного излучения ускоренные заряженные частицы (фотоэлектроны, комптоновские электроны) являются вторичным, но первостепенным по значимости фактором ионизации и возбуждения атомов в облучаемом веществе. Поэтому рентгеновы и γ‑лучи называют косвенно ионизирующими излучениями.

Упругое рассеяние – изменение траектории заряженной частицы в результате отталкивания от атомных ядер без потери энергии. Чем меньше масса частицы, тем больше ее отклонение от прямого направления. Поэтому траектории β‑частиц в веществе изломаны, а протонов и α‑частиц – практически прямые.

Неупругое торможение. Электрон при прохождении вблизи атомного ядра теряет скорость и энергию. При этом может испускаться фотон тормозного излучения, летящий в том же направлении, что и электрон.

Ионизация и возбуждение атомов в результате взаимодействия частицы с их электронными оболочками – основной путь потери энергии ускоренных заряженных частиц в веществе. Под действием их электрического поля происходит возмущение электронных оболочек атомов с переходом последних в возбужденное или ионизированное состояние. Способность ускоренных заряженных частиц непосредственно взаимодействовать с электронными оболочками атомов позволила определить их как первично ионизирующие излучения.

Проникающая способность ускоренных заряженных частиц, как правило, невелика. Она прямо пропорциональна энергии, массе и квадрату скорости частицы. Напротив, связь проникающей способности с абсолютной величиной заряда частиц является отрицательной. Пробег β‑частиц в воздухе составляет десятки сантиметров, а α‑частиц – миллиметры. Одежда надежно защищает человека от воздействия этих излучений извне. Однако поступление их источников внутрь организма является опасным, поскольку пробег α‑ или β‑частиц в тканях превышает размеры клеток, что создает условия для воздействия излучения на чувствительные к нему субклеточные структуры.

Радиоактивный распад вызывает непрерывное уменьшение числа атомов радиоактивного элемента. Интервал времени, в течение которого распадается половина атомов радионуклида, называется периодом полураспада. Если период полураспада измеряется секундами – часами, говорят о короткоживущих радионуклидах, если годами – о долгоживущих радионуклидах. Период полураспада основного природного изотопа урана – ²³⁸U – составляет 4,5 млрд. лет.

Первичные изменения атомов и молекул сводятся к ионизации или возбуждению и качественно не зависят от вида действующего на них ИИ. Однако при одном и том же количестве энергии, поглощенной единицею массы вещества, микропространственное распределение этой энергии в облученном объеме различно. Это различие определяется линейной передачей энергии (ЛПЭ) – количеством энергии, передаваемой частицей веществу в среднем на единицу длины пройденного в нем пути:

Количество пар ионов, образующихся в среднем на 1 мкм пути частицы ИИ в веществе, называется линейной плотностью ионизации (ЛПИ).

С величиной ЛПЭ прямо связана и относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучения в отношении микроскопических биообъектов.