Первичные изменения атомов и молекул качественно не зависят от вида действующего на них ионизирующего излучения. При одном и том же количестве энергии, поглощенной единицей массы вещества, микропространственное распределение этой энергии в облученном объеме различно. Это различие определяется линейной передачей энергии (ЛПЭ) – средним количеством энергии, передаваемой частицей веществу в среднем на единицу длины пройденного в нем пути:
ЛПЭ = dE / dx,
где Е – энергия частицы, эВ; х – длина пробега частицы в веществе, мкм.
Поскольку по мере прохождения частицы через вещество ее энергия снижается, а с уменьшением энергии возрастает ЛПЭ, в конце пробега заряженной частицы создается наибольшая плотность ионизации (пик Брэгга), иными словами – поглощается наибольшая доза. Это свойство используется в практике лучевой терапии, когда хотят подать на опухоль, находящуюся на определенной глубине, большую дозу при минимальном повреждении тканей, находящихся по ходу пучка перед опухолью и за ней. Варьируя энергию заряженных частиц, можно добиться, чтобы пик Брэгга пришелся на нужную глубину.
Скоростью потери энергии определяется еще одно важное свойство ионизирующих излучений – проникающая способность. Глубина проникновения ионизирующих излучений зависит, с одной стороны, от состава и плотности облучаемого объекта, а с другой стороны – от природы и свойств излучения (рис. 4). Она прямо пропорциональна энергии, массе и квадрату скорости частицы, обратно пропорциональна – абсолютной величине заряда. Чем больше величина ЛПЭ, тем меньше проникающая способность излучения в данном веществе.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 4. Проникающая способность разных видов ионизирующих излучений.
За меру проникающей способности для ускоренных заряженных частиц принимают расстояние, на котором частица замедляется до энергии, близкой к средней энергии теплового движения. Излучения с высокой проникающей способностью называют «жесткими». Если же проникающая способность мала, то такое излучение будут называть «мягким». Однако эти термины весьма относительны, так как, например, β-излучение по сравнению с α-частицами будет жестким, а по сравнению с γ-лучами – мягким.
В зависимости от величины ЛПЭ все ионизирующие излучения делят на редко- и плотноионизирующие. К редкоионизирующим относят все виды излучения, имеющие ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм: β-частицы, γ- и рентгеновы лучи, ионизирующее действие которых также осуществляется электронами. К плотноионизирующим (ЛПЭ более 10 кэВ/мкм) относят протоны, α-частицы и другие тяжелые частицы, а также нейтроны, биологическое действие которых реализуется за счет вторичных ускоренных заряженных частиц.
Редкоионизирующие виды излучений отличаются сравнительно высокой проникающей способностью, а плотноионизирующие (за исключением нейтронов) проникают в ткани на небольшую глубину.
Так, α-частицы обладают очень низкой проникающей способностью. Даже в воздухе их пробег равен нескольким сантиметрам, а более плотные вещества (например, ткань или бумага) непроницаемы для α-частиц при толщине в доли миллиметра. Поток α-частиц, падающий на тело человека, из-за малой проникающей способности целиком поглощается в верхних слоях кожи. Вследствие этого α-излучение при внешнем радиационном воздействии совершенно безопасно для человека. Однако если αизлучающий изотоп попадет с пищей, водой или воздухом внутрь организма, то опасность будет весьма велика, так как испускаемые изотопом внутри тканей α-частицы вызовут очень сильную ионизацию атомов и молекул, а следовательно, сильное повреждение биологических субстратов, в которых непосредственно поглощается энергия.
Проникающая способность β-частиц примерно в сто раз больше, чем αчастиц. В воздухе они проходят несколько метров, в твердых средах – несколько миллиметров. В связи с этим β-частицы представляют определенную опасность для жизни и здоровья людей не только при их попадании внутрь организма, но и при их аппликации на кожные покровы и слизистые оболочки, вследствие чего могут развиться серьезные местные лучевые поражения.
Проникающая способность рентгеновского и γ-излучения очень велика. Они глубоко проникают даже в плотные среды, а тело человека «пронизывают» насквозь. Например, γ-кванты с высокой энергией могут проходить через слой земли или бетона толщиной в несколько метров.
Весьма велика проникающая способность и у нейтронов. Проникающая способность нейтронов несколько меньше, чем у γ-излучения, но существенно больше, чем у ускоренных заряженных частиц. При ядерных и водородных взрывах нейтронный поток распространяется на сотни метров, легко проникая сквозь стальную броню и железобетон. Энергия нейтронов наиболее эффективно передается ядрам легких атомов. Поэтому вещества, богатые атомами водорода, бериллия, углерода, находят применение в экранировании от нейтронного излучения. Тяжелые металлы, плохо задерживающие нейтроны, могут применяться для ослабления вторичного γ-излучения, возникающего в легких материалах в результате неупругого рассеяния нейтронов и ядерных перестроек.