Бета-частицы представляют собой поток быстрых электронов, испускаемых ядрами β-радиоактивных элементов. Характерным для β-распада является то, что электроны, испускаемые данным элементом, имеют непрерывный энергетический спектр. Это означает, что β-электроны обладают всевозможными значениями энергии от нуля для некоторого максимального Еmax (рис. 1).
На рис. 1 показано распределение β-электронов по энергиям, где по оси абсцисс отложена энергия, а по оси ординат – число частиц N.
При прохождении через вещество в результате взаимодействия с его атомами β-частицы теряют энергию. Потеря энергии β-частицы происходит главным образом за счет ионизации вещества и рентгеновского излучения при торможении ее ядрами поглощающего вещества. Потери энергии частицами на тормозное излучение называются радиационными.
Вследствие того, что β-частицы обладают малой массой и значительными скоростями, то их ионизирующая способность невелика, а проникающая способность (пробег) достигает сравнительно большой величины. При увеличении толщины поглотителя интенсивность β-излучения уменьшается и при некоторой толщине становиться равной нулю.
Степень ослабления потока β-частиц при прохождении через вещество зависит от плотности вещества, толщины поглотителя и энергии β-частиц.
Понятие пробега для электрона данной энергии в данном веществе не является однозначным, так как при небольших энергиях, то есть в той области, где преобладают ионизационные потери, путь электрона вследствие столкновений не будет прямолинейным. Поэтому для электронов вводится величина, называемая максимальным пробегом. Максимальным пробегом называется минимальная толщина слоя вещества, в котором задерживаются все электроны. Очевидно, что максимальный пробег совпадает с полным, обычно криволинейным путем, который электрон проходит в веществе.
Для оценки пробега β-частицы вместо толщины слоя вещества часто используют величину, равную произведению толщины слоя dm на плотность вещества ρ.
Максимальную энергию β-частицы в алюминии приближенно можно оценить по эмпирическим формулам:
(1)
при Еmax (2)
где ρ – плотность алюминия, Г/см³; dm – минимальная толщина поглотителя, см; Emax – максимальная энергия, МэВ.
В этом случае максимальный пробег R выражается в Г/см².
Для регистрации заряженных частиц в счетчиках используется усиление ионизационного тока за счет разряда, возникающего при попадании заряженной частицы в объем счетчика.
Счетчики Гейгера-Мюллера представляют собой обычный цилиндрический конденсатор, внутренним электродом которого служит тонкая, установленная по оси цилиндра, металлическая нить (анод) диаметром от 0,1 до 0,2 мм (рис. 59).
Заполняется счетчик каким-либо газом (водород, воздух, аргон) до давления от 1 мм до 100 мм.рт.ст. Между анодом А и катодом К (цилиндром) создается разность потенциалов несколько ниже разности потенциалов, при которой происходит самостоятельный разряд в газе (700-1200 В).
При попадании заряженной частицы в счетчик в нем возникает лавинный разряд, ток которого, проходя через большое сопротивление (порядка 10 9 Ом) регистрирующего прибора вызывает падение напряжения между электродами – разряд при этом прекращается. Через промежуток времени порядка 10 -4 с разность потенциалов между электродами счетчика восстанавливается. Появление новой заряженной частицы в объеме счетчика ведет к возникновению нового разряда и т.д.
Одной из характеристик, определяющей качества счетчика, является зависимость между скоростью счета (числом импульсов в минуту) и напряжением, приложенным к электродам, при воздействии на него излучением постоянной интенсивности (рис. 60).Счетчик реагирует на заряженные частицы при напряжении выше V1, при напряжении от V1 до V2 число отсчетов увеличивается с напряжением почти линейно. Более или менее горизонтальная часть (от V2 до V3) характеристики называется плато.
В этой области при повышении напряжения число отсчетов в минуту изменяется незначительно. При напряжении большем V3 происходит непрерывный разряд. Рабочее напряжение счетчика должно соответствовать средней точке плато.
Читайте также: Роза как украшение из ткани
Если между счетчиком и источником β-излучения помещать алюминиевые пластинки, то по мере увеличения толщины слоя алюминия скорость счета частиц уменьшается. Зависимость скорости счета частиц от толщины слоя алюминия изображена на рис. 2.
Точка пересечения кривой с осью абсцисс (точка, которой соответствует нулевая интенсивность) определяет пробег β-частицы. Определив экспериментально dm, зная плотность алюминия ρ = 2,6 Г/см³, можно по соответственной формуле (1) или (2) определить величину максимальной энергии β-частицы Emax в МэВ.
Порядок выполнения работы
При работе с установкой необходимо соблюдать меры предосторожности, так как на отдельные части установки подается высокое напряжение.
1. Проверить заземление установки.
2. Включить блок питания и пересчетный прибор ПП-16 в сеть 220 В.
3. Кнопки переключателей «вход» должны соответствовать состоянию делителя «1:1» и знаку
4. Нажать и зафиксировать кнопку «50 Hz».
5. Нажать кнопку «пуск» и одновременно включить секундомер.
6. Через 1 минуту нажать кнопку «стоп» и убедиться в правильности работы прибора. За минуту прибор должен отсчитать 3000±5 отсчетов.
7. Нажать и отпустить кнопку «сброс».
8. Кнопки переключателей «вход» поставить в положения «1:1», «_|¯|_ ¯|_|¯» и «_|¯|_».
9. Кнопку «50 Hz» поставить в положение «Работа».
10. Поместить источник β-частиц в держатель и отсчитать число импульсов в минуту – n имп/мин.
11. Помещать между источником β-частиц и счетчиком одну за другой пластинки алюминия известной толщины – d, каждый раз делая отсчет n имп/мин. Пластинки добавлять до тех пор, пока число импульсов в минуту при данном источнике β-частиц не станет равным или очень мало отличаться от нуля. Каждое измерение проводить не менее трех раз.
По найденным значениям 5-6 измерений построить график зависимости n имп/мин от толщины пластинок алюминия – d.
В случае, если n имп/мин ≠0, кривую следует продолжить до пересечения с осью абсцисс. Точка пересечения даст величину dm.
По найденному значению dm, зная плотность алюминия, определить максимальный пробег R, а затем по формуле (2) максимальную энергию β-частицы.
БЕТА-ДИАГНОСТИКА
БЕТА-ДИАГНОСТИКА — радиоизотопный метод диагностики, основанный на изучении динамики накопления в органах и тканях и выведения из них бета-излучающих радиоактивных изотопов или их соединений.
Наиболее широкое применение в клинике получил метод Бета-диагностики злокачественных опухолей с использованием двузамещенного фосфата натрия, меченного радиоактивным изотопом фосфора — 32 P (период полураспада — 14,5 дня, средняя энергия бета-излучения — 0,7 Мэв).
Метод основан на особенностях фосфорного обмена в быстрорастущих тканях, и в частности в злокачественных опухолях.
В растущих клетках, а также в клетках злокачественных опухолей происходит непрерывный синтез белков и нуклеопротеидов, для осуществления которого необходимо значительное количество пластического материала и энергии. Высокая митотическая и метаболическая активность растущей опухоли требует, с одной стороны, повышенного образования макроэргических связей, богатых фосфатами, и с другой — усиления процессов окислительного фосфорилирования и гликолиза. Все это ведет к повышенному по сравнению с аналогичной нормальной тканью включению радиоактивного фосфора, введенного в организм, в клетки злокачественных опухолей.
Уровень радиоактивности фосфора в очаге поражения регистрируется в основном двумя способами: бета-радиометрией с помощью специальных диагностических бета-зондов (рис.) и прижизненной фотобаллонной авторадиографией (см.).
В общем виде методика бета-радио-метрии состоит из введения радиоактивного препарата, радиометрического обследования больного и интерпретации полученных результатов.
32 Р является чистым бета-излучателем (максимальный пробег бета-частиц в тканях — 8 мм), поэтому метод бета-радиометрии используется при возможности приближения чувствительной части диагностического бета-зонда к поверхности опухолевого образования, напр, при диагностике злокачественных меланом и рака кожи, рака гортани, шейки и тела матки, прямой кишки, пищевода, а также для определения местоположения опухоли головного мозга и для диагностики бронхо-легочного рака во время операции. При неглубоком расположении опухолей (не глубже 5 мм от поверхности кожи) метод бета-радиометрии можно использовать в диагностике рака молочной железы, рака предстательной железы, новообразований глаза.
Читайте также: Бамбук с хлопком что за ткань
Радиоактивный индикатор — двузамещенный фосфат натрия, меченный 32 Р,— можно вводить внутрь (из расчета 1,0—1,5 мккюри/кг) или парентерально: внутривенно (изотонический раствор из расчета 0,5—0,7 мккюри/кг), а также подкожно или внутримышечно. При исследованиях, проводимых с целью определения местоположения опухоли головного мозга, а также в диагностике злокачественных новообразований глаза вводимые активности радиоактивного индикатора увеличиваются.
Радиометрическое обследование больного производится, как правило, трехкратно: через 24, 48 и 72 часа после введения в организм пациента радиоактивного препарата. Однократно радиометрия проводится при исследованиях во время операции, а также при ее сочетании с эндоскопическими методами диагностики (бронхорадиометрия, эзофагорадиометрия).
Конечный результат исследования выражается в процентах, отражающих относительный уровень накопления 32 P в очаге поражения по сравнению с уровнем радиоактивности в симметричном ему участке аналогичной нормальной ткани. Клиническая оценка . результатов бета-радиометрии большинством авторов производится по уровню и динамике относительного накопления 32 P в очаге поражения. Для злокачественных новообразований характерен высокий уровень накопления 32 P и стабильная динамика поглощения изотопа; для доброкачественных опухолей — низкий уровень накопления при стабильной динамике поглощения. Для воспалительных процессов характерен высокий уровень радиоактивности в очаге поражения в первые сутки после введения индикатора со снижением в последующие сроки исследования.
Диагностическая эффективность бета-радиометрии варьирует в зависимости от локализации новообразования и, по данным различных авторов, колеблется от 70 до 90% .
Прижизненная фотобаллонная авторадиография используется в основном в диагностике рака пищевода, желудка и прямой кишки. С этой целью через 48—96 час. после введения в организм пациента радиоактивного индикатора и соответствующей подготовки больного ему вводят баллон, покрытый специальной фотоэмульсией. В процессе исследования фотобаллон раздувается воздухом (рабочий объем) для обеспечения контакта фоточувствительной пленки с поверхностью слизистой оболочки исследуемых органов. После соответствующей экспозиции, выведения баллона из полости и последующей специальной фотохимической обработки фотобаллона в него вводят воздух, затем производится визуальная оценка авторадиограммы с учетом топографии и степени почернения фотоэмульсионного слоя баллона.
Эффективность фотобаллонной авторадиографии в диагностике рака пищевода и желудка в целом при всех стадиях заболевания составляет 86—73% соответственно, однако этот способ наиболее результативен при диагностике ракового поражения в I—II стадиях.
С помощью Бета-диагностики можно получить информацию об относительном уровне фосфорного обмена в опухоли. Эту информацию можно использовать не только с целью диагностики злокачественных новообразований, но также для определения биологических особенностей первичной опухоли и оценки реакции опухоли на противоопухолевое воздействие (лучевая терапия, химио-, гормонотерапия).
Библиография: Агранат В. 3. Радиоизотопная диагностика злокачественных опухолей, М., 1967, библиогр.; Бережно в И. П. Радиоизотопная диагностика рака желудочно-кишечного тракта, Минск, 1973, библиогр.; Дубовый Е. Д. и Лещинский А. Ф. Радиофосфорная диагностика в онкологии, Киев, 1968, библиогр.; Щслокова С. В. Радиофосфорная диагностика в ЛОРонкологии, с. 20 и др., М., 1971, библиогр.; D i e t-h e 1 m L. u. a. Erweiterung der Di-agnostik des Mammakarzinoms mit Hilfe von Isotopen, Strahlentherapie, Bd 131, S. 69, 1966.
Читайте также: Ткань для постельного белья алматы
Пробег бета частиц в тканях
Важнейшим свойством альфа-частиц является их большая ионизирующая способность, обусловленная главным образом наличием у них двойного положительного заряда. Двигаясь в веществе, альфа-частица срывает у атомов, мимо которых пролетает, один или несколько электронов и образует ионы. В воздухе, например, на каждом сантиметре своего пробега альфа-частица ионизирует до 30 000 атомов и образует, следовательно, такое же количество пар ионов.
Растрачивая энергию на ионизацию атомов, альфа-частицы пробегают сравнительно небольшой путь, после чего, присоединяя к себе по два электрона, они превращаются в обычные атомы гелия. Пробег альфа-частиц в воздухе имеет величину 1–16 см.
Пробег альфа-частицы зависит от ее скорости (энергии). Чем больше скорость, тем больше энергия частицы и тем, следовательно, длиннее будет пробег. В подтверждение сказанного ниже приводятся величины пробега альфа-частиц в воздухе при температуре 15° Ц и нормальном давлении для разных скоростей (соответственно разных энергий).
| Пробег альфа-частиц в воздухе | |
|---|---|
| Скорость, км/сек | Пробег, см |
| 10 000 | 1,04 |
| 15 000 | 3,17 |
| 20 000 | 7,82 |
| 25 000 | 16,44 |
Все альфа-частицы, испускаемые каким-либо радиоактивным веществом, обладают приблизительно одинаковой энергией и вследствие этого имеют практически равную длину пробега.
Пробег альфа-частиц зависит также и от плотности среды, в которой они движутся. В твердых веществах, например, в металлах, бумаге, ткани, стекле и т. п., в которых атомы расположены значительно ближе друг к другу, чем в воздухе, пробег альфа-частиц во много раз короче и составляет несколько тысячных долей сантиметра. Поэтому для полного поглощения всех альфа-частиц с энергией не более 5 Мэв требуется листовой алюминий толщиной всего 0,002 см. Ткань нашей одежды полностью поглощает альфа-частицы любых скоростей.
Вторая часть радиоактивного излучения — бета-лучи — представляет собой поток сверхбыстрых электронов, вылетающих из ядер радиоактивных веществ со скоростями, близкими к скорости света, которая для пустоты равна 300 000 км/сек. Бета-лучи — наиболее распространенное излучение при искусственной радиоактивности.
Ионизирующее действие бета-частиц слабее, чем у альфа-частиц, примерно в 100 раз. Поэтому пробег у них значительно длиннее, как это видно из нижеследующей таблицы, в которой приведен пробег бета-частиц в воздухе при 15° Ц и нормальном давлении, в воде и свинце для разных скоростей соответственно разным энергиям.
| Пробег бета-частиц | |||
|---|---|---|---|
| Скорость бета-частиц, км/сек | Пробег, см | ||
| воздух | вода | свинец | |
| 260 000 | 160 | 0,19 | 0,037 |
| 298 000 | 2000 | 2,6 | 0,3 |
Как видим, наиболее быстрые бета-частицы пробегают в воздухе до 2000 см, то есть до 20 м, в воде — до 2,6 см, в свинце — до 0,3 см. Таким образом, проникающая способность у бета-лучей гораздо больше, чем у альфа-лучей.
Бета-частицы, испускаемые каким-либо радиоактивным веществом, обладают в отличие от альфа-частиц различными скоростями, то есть различной энергией — от нуля и до некоторого максимального значения, вполне определенного для каждого вещества. Например, у радиоактивного кобальта 60 (то есть кобальта с атомным весом 60) максимальная энергия бета-частиц составляет около 0,3 Мэв, у стронция 89 равна 1,5 Мэв. Вследствие этого бета-частицы любого вещества имеют различные пробеги. Поэтому ослабление пучка бета-частиц при прохождении через вещество происходит постепенно, как это показывает кривая поглощения рис. 5. Толщина слоя вещества, в котором пучок бета-частиц полностью поглощается, как раз равна их максимальному пробегу.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом