2) α-излучения
3) γ-излучения (+)
4) β-излучения
Эффект Комптона представляет собой неупругое взаимодействие фотона с преимущественно слабосвязанным или практически свободным электроном атома. При столкновении γ-квант передаёт электрону часть энергии и импульса, вследствие чего образуются электрон отдачи и рассеянный фотон с меньшей энергией и большей длиной волны. Поскольку γ-излучение является электромагнитным фотонным излучением, именно для него возможен данный механизм взаимодействия с веществом.
В диапазоне мегавольтных энергий, применяемых при дистанционной лучевой терапии, комптоновское рассеяние преобладает в мягких тканях и в значительной степени определяет поглощённую дозу. Вероятность процесса зависит главным образом от электронной плотности среды и значительно слабее — от атомного номера вещества, поэтому взаимодействие относительно равномерно происходит в тканях различного элементного состава. Электроны отдачи вызывают ионизацию и возбуждение молекул по своему пути, формируя основную часть локального биологического эффекта фотонного пучка.
| Вид взаимодействия или излучения | Основной механизм | Характерная особенность | Значение для радиотерапии |
|---|---|---|---|
| Комптоновское рассеяние | Передача части энергии фотона электрону | Возникают электрон отдачи и фотон меньшей энергии | Преобладает в мягких тканях при мегавольтных энергиях |
| Фотоэлектрический эффект | Полное поглощение фотона связанным электроном | Вероятность резко возрастает при высоком атомном номере | Более значим при низких энергиях и в костной ткани |
| Образование электрон-позитронной пары | Превращение фотона в электрон и позитрон в поле ядра | Пороговая энергия составляет 1,022 МэВ | Возрастает при высоких энергиях фотонного пучка |
| Когерентное рассеяние | Изменение направления фотона без передачи значимой энергии | Ионизация практически не возникает | Вклад в лечебную дозу незначителен |
| β-излучение | Непосредственное взаимодействие электронов или позитронов с веществом | Потери энергии происходят преимущественно через ионизацию и тормозное излучение | Используется преимущественно для поверхностного или локального воздействия |
| α-излучение | Ионизация среды тяжёлыми заряженными частицами | Высокая линейная передача энергии и малая глубина пробега | Применяется в таргетной альфа-терапии |
| Нейтронное излучение | Взаимодействие нейтронов с ядрами атомов | Образуются вторичные заряженные частицы и возможна активация ядер | Характеризуется высокой относительной биологической эффективностью |
Комптоновское рассеяние также является основным источником вторичного рассеянного излучения, которое ухудшает контраст изображения и создаёт дополнительную дозовую нагрузку вне целевого объёма. При планировании лечения его учитывают в алгоритмах расчёта дозы, системах коллимации и требованиях к радиационной защите. Соотношение первичного и рассеянного излучения зависит от энергии пучка, размеров поля и толщины облучаемой области. Следовательно, эффект Комптона имеет не только физическое, но и непосредственное клиническое значение для дозиметрии и безопасности лучевой терапии.