Фотонні іонізуючі випромінювання

До фотонним ІІ відносяться -випромінювання радіоактивних речовин, характеристичне і гальмівне випромінювання, що генеруються різними прискорювачами. ЛПІ фотонного випромінювання найнижча (1-2 пари іонів на 1 см 3 повітря), що визначає його високу проникаючу здатність (в повітрі довжина пробігу становить кілька сот метрів).

-випромінювання виникає при радіоактивному розпаді. Перехід ядра із збудженого в основний стан супроводжується випромінюванням -кванта з енергіями від 10 кеВ до 5 МеВ. Основними терапевтичними джерелами -випромінювання є -апарати (гармати).

Гальмівний рентгенівське випромінювання виникає за рахунок прискорення і різкого гальмування електронів в вакуумних системах різних прискорювачів і відрізняється від рентгенівського більшою енергією квантів (від одного до десятків МеВ).

При проходженні потоку фотонів через речовину відбувається його ослаблення в результаті наступних процесів взаємодії (тип взаємодії фотонів з атомами речовини залежить від енергії фотонів):

Класичне (когерентне, або томпсоновським, розсіювання) - для фотонів з енергією від 10 до 50-100 кеВ. Відносна частота цього ефекту мала. Відбувається взаємодія, яке істотної ролі не грає, так як падаючий квант, зіткнувшись з електроном, відхиляється, і його енергія не змінюється.

Фотоелектричне поглинання (фотоефект) - при відносно малих енергіях - від 50 до 300 кеВ (грає істотну роль при рентгенотерапії). Падаючий квант вибиває орбітальний електрон з атома, сам при цьому поглинається, а електрон, трохи змінивши напрямок, летить. Цей полетів електрон називається фотоелектронна. Таким чином, енергія фотона витрачається на роботу виходу електрона і на надання йому кінетичної енергії.

Ефект Комптона (некогерентного розсіювання) - виникає при енергії фотона від 120 кеВ до 20 МеВ (т. Е. Практично весь спектр променевої терапії). Падаючий квант вибиває електрон з зовнішньої оболонки атома, передаючи йому частину енергії, і змінює свій напрямок. Електрон вилітає з атома під певним кутом, а новий квант відрізняється від початкового не тільки іншим напрямком руху, а й меншою енергією. Утворився квант буде побічно іонізувати середовище, а електрон - прямо.

Процес утворення електронно-позитронного пар - енергія кванта повинна бути більше 1,02 МеВ (подвоєною енергії спокою електрона). З цим механізмом доводиться рахуватися при опроміненні хворого пучком гальмівного випромінювання високої енергії, т. Е. На високоенергетичних лінійних прискорювачах. Поблизу ядра атома падаючий квант відчуває прискорення і зникає, перетворюючись в електрон і позитрон. Позитрон швидко об'єднується із зустрічним електроном, і відбувається процес анігіляції (взаємного знищення), а натомість виникають два фотона, енергія кожного з яких вдвічі менше енергії вихідного фотона. Таким чином, енергія первинного кванта переходить в кінетичну енергію електрона і в енергію анігіляційного випромінювання.

Фотоядерні поглинання - енергія квантів повинна бути більше 2,5 МеВ. Фотон поглинається ядром атома, в результаті чого ядро ​​переходить в збуджений стан і може або віддати електрон, або розвалитися. Таким чином виходять нейтрони.

В результаті перерахованих вище процесів взаємодії фотонного випромінювання з речовиною виникає вторинне фотонное і корпускулярне випромінювання (електрони і позитрони). Іонізаційна здатність частинок значно більше, ніж фотонного випромінювання.

Просторове ослаблення пучка фотонів відбувається за експоненціальним законом (законом зворотних квадратів): інтенсивність випромінювання обернено пропорційна квадрату відстані до джерела випромінювання.

Випромінювання в діапазоні з енергією від 200 кеВ до 15 МеВ знайшло найширше застосування в терапії злоякісних новоутворень. Велика проникаюча здатність дозволяє передавати енергію глибоко розташованим пухлин. При цьому різко знижується променеве навантаження на шкіру і підшкірну клітковину, що дозволяє підвести необхідну дозу до вогнища ураження без променевого ушкодження зазначених ділянок тіла (на відміну від м'якого рентгенівського випромінювання). Зі збільшенням енергії фотонів більше 15 МеВ збільшується ризик променевого ураження тканин на виході з пучка.