2) водород
3) свинец (+)
4) кислород
Для защиты от проникающего ионизирующего электромагнитного излучения — прежде всего рентгеновского и гамма-излучения — наиболее эффективны материалы с высокой плотностью и большим атомным номером. Свинец обладает обоими свойствами: его атомы эффективно ослабляют поток фотонов за счёт фотоэлектрического поглощения, комптоновского рассеяния и, при высоких энергиях, образования электрон-позитронных пар. Поэтому свинцовые листы, экраны, фартуки и защитные стекла применяются для снижения дозы облучения персонала и пациентов вне зоны лечебного пучка.
Ослабление излучения подчиняется экспоненциальному закону: интенсивность уменьшается с увеличением толщины защитного слоя и зависит от энергии фотонов. Практически используют понятия слоя половинного и десятикратного ослабления, позволяющие рассчитать необходимую толщину защиты. Эффективность определяется не только материалом, но и его плотностью, толщиной, геометрией экрана, направлением рассеянного излучения и энергетическим спектром источника.
Водородсодержащие вещества и бор особенно важны при защите от нейтронов, которые не являются электромагнитным излучением: водород замедляет быстрые нейтроны, а бор поглощает тепловые нейтроны с образованием вторичных частиц. Кислород сам по себе не обеспечивает значимого поглощения рентгеновских и гамма-квантов. Следовательно, среди указанных материалов именно свинец соответствует принципу радиационной защиты от фотонного ионизирующего излучения.
| Материал или состав | Основной механизм защиты | Тип излучения и практическая оценка |
|---|---|---|
| Свинец | Высокая вероятность взаимодействия фотонов благодаря большому атомному номеру и высокой плотности | Очень эффективен для рентгеновского и гамма-излучения; применяется в экранах, ширмах и защитной одежде |
| Вольфрам | Высокая плотность и большой атомный номер, выраженное поглощение фотонов | Эффективная альтернатива свинцу; используется при ограничениях по массе или объёму защитного устройства |
| Тяжёлый бетон | Сочетание плотной минеральной матрицы и значительной толщины защитной конструкции | Основной материал для стен, перекрытий и стационарных бункеров радиотерапевтических установок |
| Вода и полиэтилен | Замедление быстрых нейтронов за счёт столкновений с ядрами водорода | Полезны главным образом в нейтронной защите; менее эффективны как компактный экран от гамма-излучения |
| Борсодержащие материалы | Поглощение тепловых нейтронов изотопом бор-10 с последующей ядерной реакцией | Применяются в многослойной нейтронной защите, но не являются оптимальным экраном для рентгеновских фотонов |
| Алюминий и органическое стекло | Умеренное ослабление фотонов при небольшой массе; снижение образования тормозного излучения при работе с электронами | Предпочтительны как первичная защита от электронного пучка низкой и средней энергии, но не заменяют свинец для гамма-излучения |
| Кислородсодержащие вещества | Поглощение определяется в основном общей плотностью материала, а не наличием кислорода | Специальных преимуществ для защиты от рентгеновского и гамма-излучения не имеют |
В радиотерапии выбор защитного материала всегда выполняют с учётом энергии и типа излучения, а также возможного вторичного рассеяния. Для фотонных пучков высокой энергии часто используют многослойные конструкции из бетона, свинца или вольфрама с дополнительными элементами для нейтронной защиты. Индивидуальные средства защиты должны соответствовать рабочему диапазону энергий и не создавать участков недостаточного экранирования. Главным критерием эффективности остаётся снижение поглощённой и эквивалентной дозы до нормативно допустимого уровня.