2) Eфотона= mc2
3) Eфотона= eU0
4) ? = h/mv
Правильное соотношение — Eфотона = hν, где E — энергия фотона, h — постоянная Планка, а ν — частота электромагнитного излучения. Это соотношение Планка—Эйнштейна отражает квантовую природу электромагнитного излучения: энергия отдельного кванта прямо пропорциональна его частоте. Следовательно, при увеличении частоты излучения энергия фотона возрастает; эквивалентная запись через длину волны имеет вид E = hc/λ.
В радиотерапии этот принцип лежит в основе физического описания фотонного излучения, включая рентгеновские и γ-кванты. Энергия фотонов определяет характер их взаимодействия с веществом и влияет на относительный вклад фотоэлектрического эффекта, комптоновского рассеяния и образования электрон-позитронных пар. При этом используемое в клинической практике обозначение энергии фотонного пучка, например в МэВ или через номинальное ускоряющее напряжение линейного ускорителя, не следует смешивать с фундаментальным выражением энергии отдельного фотона через его частоту.
Другие приведённые физические соотношения описывают иные явления. Формула E = mc2 связывает массу с энергией покоя, E = eU характеризует энергию, приобретаемую частицей с зарядом e при прохождении разности потенциалов U, а λ = h/(mv) представляет собой соотношение де Бройля для длины волны частицы. Поэтому непосредственно для вычисления энергии фотона по известной частоте применяется именно закон E = hν.
| Соотношение | Физический смысл | Основные величины | Значение для радиационной физики |
|---|---|---|---|
| E = hν | Энергия кванта электромагнитного излучения | Частота ν, постоянная Планка h | Основное соотношение для энергии отдельного фотона |
| E = hc/λ | Энергия фотона через длину волны | Длина волны λ, скорость света c | Показывает обратную зависимость энергии фотона от длины волны |
| E = mc2 | Эквивалентность массы и энергии покоя | Масса m, скорость света c | Применяется к частицам с ненулевой массой покоя; не определяет энергию фотона по частоте |
| E = eU | Энергия заряженной частицы, приобретённая в электрическом поле | Заряд e, разность потенциалов U | Используется при описании ускорения электронов и других заряженных частиц |
| λ = h/(mv) | Длина волны де Бройля | Масса m, скорость v, импульс частицы | Характеризует корпускулярно-волновой дуализм материальных частиц |
| ν = c/λ | Связь частоты и длины волны электромагнитного излучения | Частота ν, длина волны λ | Позволяет переходить между формами E = hν и E = hc/λ |
Постоянная Планка является фундаментальным коэффициентом, связывающим волновую характеристику излучения — частоту — с энергией его кванта. Для фотона масса покоя равна нулю, поэтому его энергию в данном контексте характеризуют через частоту или длину волны, а не через классическую кинетическую энергию массивной частицы. Чем выше энергия фотонного излучения, тем существеннее изменяются вероятности отдельных механизмов взаимодействия с тканями и экранирующими материалами. Понимание этих зависимостей необходимо для корректной интерпретации дозиметрических и радиационно-физических принципов лучевой терапии.