Ионная терапия

Виды ионизирующих излучений, механизмы взаимодействия заряженных частиц, нейтронов, фотонов с веществом, перенос излучения, кинетические уравнения, методы исследования характеристик излучений, радиационные химические и биологические эффекты, излучения в диагностике и терапии, планирование радиационной терапии, защита и дозиметрия

Излучение – процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.

В подавляющем большинстве случаев под излучением понимают электромагнитное излучение, которое в свою очередь можно разделить по источникам излучения на тепловое излучение, излучение Вавилова-Черенкова, люминесценцию и т. д. Однако к данному понятию также относятся, например, гравитационное излучение – излучение гравитационных волн неравномерно движущимися массами; излучение Хокинга – испускание различных элементарных частиц чёрной дырой; бета-излучение – излучение электронов или позитронов при бета-распаде; альфа-излучение – ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц.

Для определенности рассуждений рассмотрим излучение ионов.

Формула для ионизационных потерь тяжелых заряженных частиц:

, где – масса электрона, – заряд электрона, – заряд частицы в единицах элементарного заряда электрона, – скорость частицы, – число электронов в единице объема (см^-3), – средний ионизационный потенциал атомов поглощающего вещества (эрг), (отношение скорости заряженной частицы к скорости света). Соотношение называется формулой Бете-Блоха. Замечание: формула приведена в системе СГС.

Так как

пропорционально , то можно ожидать бесконечно большой перенос энергии излучения при низких скоростях частицы. Однако этого не происходит. Кажущаяся противоречивость устраняется, если принять во внимание, что заряд частицы по мере замедления ее движения не остается постоянным. Для учета такого рода процессов в формулу Бета-Блоха вводится уточнение, связывающее изменение заряда частицы со скоростью:

, – заряд частицы, зависящий от скорости. Если , то и член , а следовательно, и , то есть при достаточно низких скоростях частицы величина дифференциальной потери энергии снижается и стремится к нулю.

При высоких скоростях величина

также снижается пропорционально . Тогда при определенных скоростях (а значит, энергиях) частиц величина должна пройти максимум. Этот максимум экспериментально доказан и известен под названием “пик Брэгга”.

Существование пика Брэгга позволяет, например, с максимальной эффективностью проводить ЛТ опухолей. При этом в зависимости от локализации опухолей выбирают вид излучения и его энергетическую характеристику такими, чтобы пик Брэгга приходился на топографически обозначенный очаг злокачественных клеток.