2) излучение, возникшее при торможении ускоренных электронов на мишени (+)
3) эмиссию электронов с катода рентгеновской трубки
4) излучение, возникшее при изменении энергетического состояния атома
Тормозное излучение возникает при прохождении ускоренных электронов вблизи атомных ядер вещества мишени. Под действием кулоновского поля ядра электрон изменяет скорость и направление движения, теряя часть своей кинетической энергии, которая испускается в виде фотона. Поскольку величина энергетических потерь при отдельных взаимодействиях неодинакова, формируется непрерывный энергетический спектр фотонов — от низких энергий до максимальной энергии, близкой к исходной кинетической энергии электронов.
В радиотерапевтическом линейном ускорителе пучок электронов разгоняется электромагнитным полем и направляется на мишень, обычно изготовленную из материала с высоким атомным номером, например вольфрама. При торможении электронов образуется высокоэнергетическое фотонное излучение, применяемое для дистанционного облучения глубоко расположенных опухолей. Эмиссия электронов с катода представляет лишь этап формирования электронного пучка, а переходы между энергетическими уровнями электронной оболочки создают характеристическое рентгеновское излучение, отличающееся дискретным спектром.
| Вид излучения или процесс | Механизм образования | Характер спектра | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Тормозное излучение | Замедление и отклонение ускоренных электронов в электрическом поле атомных ядер | Непрерывный | Формирование фотонного пучка медицинского линейного ускорителя |
| Характеристическое рентгеновское излучение | Заполнение вакансии во внутренней электронной оболочке электроном с более высокого уровня | Линейчатый, дискретный | Используется в рентгенодиагностике и спектральном анализе |
| Гамма-излучение | Переход возбужденного атомного ядра в состояние с меньшей энергией | Дискретный, характерный для радионуклида | Применяется в брахитерапии и радионуклидных источниках |
| Термоэлектронная эмиссия | Выход электронов с нагретого катода | Фотонное излучение непосредственно не образуется | Создает исходный электронный пучок в рентгеновской трубке или ускорителе |
| Прямой электронный пучок | Ускоренные электроны выводятся из ускорителя без тормозной мишени | Имеет определенный диапазон энергий электронов | Используется для лечения поверхностно расположенных опухолей |
| Аннигиляционное излучение | Взаимодействие электрона и позитрона с превращением их массы в фотоны | Преимущественно два фотона по 511 кэВ | Лежит в основе позитронно-эмиссионной томографии |
Эффективность образования тормозных фотонов возрастает с увеличением энергии электронов и атомного номера материала мишени. При этом значительная часть энергии электронного пучка превращается в тепло, поэтому мишень нуждается в интенсивном охлаждении. В клинической радиотерапии сформированный фотонный пучок дополнительно коллимируется и модулируется для создания требуемого распределения дозы. Понимание механизма тормозного излучения необходимо для выбора режима работы ускорителя и обеспечения радиационной безопасности.