2) фотонное излучение (+)
3) слабое взаимодействие
4) сильное взаимодействие
Фотонное излучение относится к электромагнитным взаимодействиям, поскольку фотон является квантом электромагнитного поля и переносчиком электромагнитной силы. К этому виду излучения относятся рентгеновское и гамма-излучение, применяемые в радиотерапии. В биологических тканях фотоны передают энергию преимущественно через фотоэлектрическое поглощение, комптоновское рассеяние и, при высокой энергии, образование электрон-позитронных пар.
Основной биологический эффект фотонного облучения связан не с прямым ударом фотона по ДНК, а преимущественно с образованием вторичных быстрых электронов. Они вызывают ионизацию и возбуждение молекул, формируют свободные радикалы и повреждают генетический материал клеток, включая потенциально летальные двунитевые разрывы ДНК. Именно поэтому фотоны являются видом ионизирующего излучения и используются для локального воздействия на опухолевую ткань.
Нейтроны электрически нейтральны и не относятся к электромагнитному излучению: их взаимодействие с ядрами преимущественно определяется сильным ядерным взаимодействием, а ионизация возникает опосредованно через вторичные заряженные частицы. Слабое и сильное взаимодействия представляют фундаментальные типы взаимодействий, но не являются разновидностями фотонного излучения. Следовательно, среди представленных понятий электромагнитному взаимодействию соответствует именно фотонное излучение.
| Объект или тип взаимодействия | Физическая природа | Электрический заряд | Основной механизм взаимодействия с тканями | Значение для радиотерапии |
|---|---|---|---|---|
| Фотонное излучение | Кванты электромагнитного поля | Отсутствует | Фотоэффект, комптоновское рассеяние, образование электрон-позитронных пар | Ионизация преимущественно вторичными электронами; стандартный вид внешнего облучения |
| Рентгеновское излучение | Электромагнитное излучение искусственного происхождения | Отсутствует | Передача энергии электронам вещества при взаимодействии с атомами и ядрами | Формируется линейными ускорителями и используется для дистанционной лучевой терапии |
| Гамма-излучение | Электромагнитное излучение ядерного происхождения | Отсутствует | Те же основные процессы поглощения и рассеяния фотонов в веществе | Возникает при радиоактивных превращениях; применяется, например, в брахитерапии и радионуклидных технологиях |
| Нейтронное излучение | Поток свободных нейтронов | Отсутствует | Упругое и неупругое рассеяние, ядерные реакции; последующая ионизация вторичными частицами | Относится к корпускулярному, а не электромагнитному излучению; обладает высокой относительной биологической эффективностью |
| Сильное взаимодействие | Фундаментальное ядерное взаимодействие | Не классифицируется как поток излучения | Связывает кварки и нуклоны, определяет взаимодействие частиц с атомными ядрами | Объясняет ядерные реакции при нейтронном и протонном облучении, но не определяет природу фотонов |
| Слабое взаимодействие | Фундаментальное взаимодействие, связанное с превращениями элементарных частиц | Не классифицируется как поток излучения | Бета-распад и другие процессы изменения типа частиц | Не является механизмом, определяющим принадлежность фотонного излучения к электромагнитному |
В клинической дозиметрии фотонные пучки характеризуют энергией, глубиной максимальной дозы, профилем дозы и коэффициентами ослабления. Распределение дозы определяется экспоненциальным ослаблением первичного пучка и вкладом рассеянных фотонов и электронов. При планировании лечения учитывают дозу в опухоли, защиту органов риска и радиочувствительность нормальных тканей. Физическая природа излучения непосредственно влияет на глубинное дозное распределение и биологический эффект.