Характеристики полей ионизирующего излучения

Распределение ионизирующего излучения в рассматриваемой среде называется полем ионизирующего излучения. Наиболее полная информация о поле излучения задается распределением частиц во времени, в пространстве и по энергии. Другими словами, чтобы описать поле излучения в какой-то точке пространства, необходимо знать, сколько частиц, с какой энергией и в каком направлении приходит в эту точку пространства в каждый момент времени.

Существует несколько основных типов направленности излучения:

- поле точечного изотропного источника – излучение, в поле которого частицы и фотоны распространяются из одной точки по всем возможным направлениям с одинаковой вероятностью;

- мононаправленное – излучение, в поле которого все частицы и фотоны распространяются в одном направлении, образуя плоскопараллельный пучок излучения;

- изотропное– излучение, в поле которого любые направления распространения частиц и фотонов являются равновероятными.

Ионизирующие излучения делятся на две группы. К первой группе относятся излучения, состоящие из заряженных частиц – электронов, позитронов, альфа-частиц и др., которые непосредственно ионизируют атомы и молекулы при прохождении через вещество. Ко второй группе относятся нейтроны и фотоны, которые непосредственно атомы и молекулы вещества не ионизируют, а взаимодействуя с веществом, порождают вторичные заряженные частицы, передавая им часть своей энергии. Взаимодействие этих вторичных частиц с веществом и приводит к его ионизации. Таким образом, ионизирующее излучение бывает

- непосредственно ионизирующим, т.е. состоящим из заряженных частиц, способных ионизировать среду;

- косвенно ионизирующим, т.е. состоящим из незаряженных частиц, способных создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения.

Свойства среды, в которой распространяется излучение, оказывают существенное влияние на его поле. Если расстояние между источником и приемником излучения многократно превосходит линейные размеры источника, то в отсутствие рассеяния и поглощения (например, в вакууме) поле излучения любого радионуклидного источника имеет вид поля точечного изотропного источника. По мере увеличения расстояния от источника поле его излучения в вакууме переходит в мононаправленное.

При распространении излучения в рассеивающей среде, например, в теле человека, можно представить его состоящим из двух компонент. Первая – нерассеянное первичное излучение, которое без взаимодействия с атомами среды доходит до рассматриваемой точки. Испытавшие взаимодействие с веществом частицы образуют рассеянное излучение. Вклад этой компоненты растет по мере проникновения первичного излучения в облучаемый объект. С увеличением глубины проникновения излучения в вещество поле рассеянного излучения становится все более и более изотропным в результате многократных актов рассеяния.

Потокчастиц(фотонов) F(t) является количественной характеристикой поля излучения. Он определяется как отношение ожидаемого числа частиц (фотонов) dN, пересекающих заданную поверхность (не элемент поверхности!) за интервал времени dt, к величине этого интервала:

F = . (6)

Размерность – 1/с. Определённый таким образом поток есть непрерывная функция времени.

Плотность потока частиц (фотонов) j – отношение потока ионизирующих час­тиц dF, пересекающих поверхность маленькой сфе­ры, к площади цент­рального сечения ds этой сферы:

. (7)

Размерность - 1/(см²×с)[2]. Малость сферы в радиационной безопасности рассматривается по отношению к характерным размерам клеточных структур (несколько микрометров), поэтому в пределах таких структур будем полагать плотность потока непрерывной функцией пространственных координат, т.е. определённой в каждой точке.

Флюенс частиц (фотонов)Ф – отношение ожидаемого числа частиц (фотонов) dN, пересекающих поверхность маленькой сферы за время облучения, к площади поперечного сечения этой сферы dS: