2) удельными ионизационными потерями
3) поглощением дозы
4) радиационными потерями
Ионизационное торможение — это уменьшение кинетической энергии заряженной частицы при её прохождении через вещество вследствие неупругих кулоновских взаимодействий с атомными электронами среды. Переданная энергия расходуется преимущественно на ионизацию, то есть удаление электронов из атомов, и на их возбуждение без полного отрыва электрона. В результате вдоль траектории частицы формируется цепочка ионизационных событий, лежащая в основе биологического действия корпускулярного излучения.
Этот процесс особенно важен для протонов, α-частиц, электронов и других заряженных частиц. Интенсивность потери энергии характеризуют линейной передачей энергии или тормозной способностью среды; для тяжёлых заряженных частиц она возрастает по мере снижения скорости, что приводит к формированию пика Брэгга перед остановкой частицы. Данная особенность используется в протонной и ионной терапии для концентрации дозы в опухоли при относительном снижении облучения тканей, расположенных за мишенью.
Термин удельные ионизационные потери обозначает не сам физический процесс, а количественную характеристику — величину энергии, теряемой частицей на единице пути или массовой толщины вещества. Поглощённая доза характеризует среднюю энергию, переданную единице массы ткани, и измеряется в греях. Радиационные потери связаны преимущественно с испусканием тормозного излучения при отклонении быстрых заряженных частиц в электрическом поле атомных ядер и имеют иной механизм.
| Понятие | Физическая сущность | Основная единица или характеристика | Значение в радиотерапии |
|---|---|---|---|
| Ионизационное торможение | Потеря энергии заряженной частицей при ионизации и возбуждении атомов среды | Описывается тормозной способностью | Определяет локальное энерговыделение в ткани |
| Удельные ионизационные потери | Энергия, потерянная частицей на единице длины пути | dE/dx, например кэВ/мкм | Используются для оценки плотности ионизации |
| Линейная передача энергии | Энергия, локально переданная веществу на единице пробега | кэВ/мкм | Связана с относительной биологической эффективностью излучения |
| Поглощённая доза | Энергия, переданная единице массы облучаемого вещества | Гр, то есть Дж/кг | Основной дозиметрический показатель при планировании лечения |
| Радиационные потери | Потеря энергии вследствие испускания тормозного электромагнитного излучения | Зависят от энергии частицы и атомного номера среды | Существенны для высокоэнергетических электронов |
| Пик Брэгга | Резкое увеличение ионизационных потерь тяжёлой частицы перед окончанием её пробега | Глубинное распределение дозы | Обеспечивает высокую конформность протонной и ионной терапии |
Соотношение ионизационных и радиационных потерь зависит от типа частицы, её энергии и атомного состава облучаемой среды. Для тяжёлых заряженных частиц основная часть энергии передаётся веществу за счёт ионизации, тогда как у электронов высокой энергии возрастает вклад тормозного излучения. Пространственное распределение этих потерь определяет глубинное дозное распределение и должно учитываться при выборе вида излучения и расчёте терапевтического плана.