Проникающая способность ионизирующих излучений, то есть глубина их проникновения в вещество, зависит не только от перечисленных выше их характеристик, но и от состава и плотности облучаемого вещества. Она минимальна в материалах, обладающих высокой плотностью, подобных бетону, стали, свинцу, которые обычно используют в качестве защиты от излучений, и максимальна в воздухе (имеются в виду естественные компоненты среды).
Проникая в вещество, ядерные излучения вступают во взаимодействие с его атомами и молекулами по вышеописанным явлениям фотоэлектрического поглощения, комптоновского рассеяния электрическими полями, поглощения ядрами, отталкивания от них и другими. При этом основная часть энергии расходуется на возбуждение электронов, ионизацию атомов и молекул вещества, преобразуясь в кинетическую энергию вторичных электронов и энергию вторичного электромагнитного излучения.
Следует подчеркнуть, если корпускулярное излучение непосредственно само вызывает ионизацию, то электромагнитное - косвенно, так как ионизирующие частицы, при облучении рентгеновским или гамма-излучением, возникают лишь при взаимодействии их фотонов с веществом.
Электромагнитные излучения проникают в вещество, в том числе и в живую ткань, очень глубоко. Более того, каким бы плотным ни было вещество, какой бы ни была его толщина, поглотить полностью фотоны теоретически нельзя. Их можно лишь ослабить. В радиобиологии существует понятие линейного коэффициента ослабления электромагнитного излучения, который представляет собой величину относительного его уменьшения после прохождения слоя вещества толщиной в 1 сантиметр. В таблице 3 приведены значения этого коэффициента при прохождении гамма-излучения трёх разных энергий через некоторые вещества и материалы. Как видим, его величина прямо пропорциональна плотности вещества или материала и обратно пропорциональна энергии излучения. Поэтому, зная эти показатели, нетрудно его рассчитать.
Проникающая способность заряженных альфа-, бета- и других частиц значительно меньше. Она также определяется в первую очередь их энергией, но в значительной степени зависит от массы и скорости движения. Проходя через вещество, заряженные частицы очень быстро теряют свои кинетические свойства. Так, альфа-частицы с энергией 4 - 8,8 МэВ проникают в живые ткани всего на глубину 30-100 мкм. Бета-частицы, обладающие меньшей массой, но большей скоростью, медленнее тратят свою энергию на ионизацию и поэтому их пробег в ткани больше. Так, бета-частицы радиоактивного фосфора ³²Р, обладающие энергией 1,7 МэВ, проникают в ткань на глубину 8 мм, а радиоактивного калия ⁴²К, энергия бета-излучения которого составляет 3,56 МэВ, - на 19 мм.
О высокой проникающей способности незаряженных частиц (нейтронов) уже говорилось.
Важное различие во взаимодействии с веществом электромагнитного и корпускулярного излучений состоит ещё и в том, что если фотоны рентгеновского и гамма-излучений на всём пути своего движения равномерно ионизируют его, то поток заряженных частиц, например альфа-частиц, постепенно теряя энергию и скорость, вызывает неравномерную ионизацию - с замедлением частицы она возрастает и достигает максимума в конце пути (рис. 7). Эта, характерная для любой заряженной частицы, зависимость получила название кривой Брегга.
Число пар ионов, возникающих на единице пути частицы или фотона в веществе, называют плотностью ионизации, или удельной ионизацией. Удельная ионизация альфа-частиц самая высокая из всех ионизирующих излучений. Пробегая в воздухе расстояние до 10 см, она на каждом сантиметре пути образует несколько десятков тысяч пар ионов, в то время как бета-частица, пробегая в воздухе до 25 метров, вызывает образование на 1 см пробега всего 50-100 пар ионов. Примерно такую же степень ионизации индуцируют фотоны рентгеновского и гамма-излучений, длина пробега которых в воздухе измеряется сотнями метров. В таблице 2 приведены значения средней плотности ионизации для некоторых типов излучений при пробеге в воде.
Отдача энергии по всей длине пробега называется линейной передачей (иногда встречается "потерей" и "переносом") энергии (ЛПЭ). Единица ЛПЭ равна количеству энергии, теряемой первичной ионизирующей частицей на единице длины её пробега. Её величина играет важную роль в проявлении радиобиологических реакций организма.
В статье использован материал из книги "Основы общей и сельско-хозяйственной радиобиологии", Киев, издательство УСХА 1991 г. Благодарю за внимание!
