2) зависят по экспоненциальному закону от
3) намного больше
4) примерно равны (+)
У тяжёлых заряженных частиц — протонов, альфа-частиц и ядер углерода — основным механизмом потери энергии в веществе являются неупругие столкновения с атомными электронами, приводящие к возбуждению и ионизации атомов. Поэтому их ионизационные, или коллизионные, потери практически определяют полную тормозную способность вещества. В терапевтическом диапазоне энергий вклад радиационных потерь и потерь на ядерное торможение обычно невелик, поэтому величины считаются примерно равными.
Количественно потери описываются формулой Бете—Блоха: они зависят от заряда частицы, скорости её движения и электронной плотности среды. При замедлении частицы удельные потери энергии возрастают, формируя пик Брэгга, особенно выраженный для протонов и ионов углерода. Именно это свойство используется в лучевой терапии для подведения высокой дозы к заданной глубине с последующим резким снижением дозы за дистальным краем пика.
| Компонент тормозной способности | Основной механизм | Значение для тяжёлых заряженных частиц | Радиотерапевтическое значение |
|---|---|---|---|
| Ионизационные потери | Выбивание электронов из атомов среды | Главный вклад в потерю энергии | Определяют величину локальной дозы и плотность ионизации |
| Потери на возбуждение | Переход электронов атома на более высокий энергетический уровень без ионизации | Входят в коллизионную тормозную способность и дополняют ионизационные потери | Учитываются при расчёте поглощённой энергии в тканях |
| Радиационные потери | Тормозное излучение при взаимодействии с кулоновским полем ядер | Для тяжёлых частиц значительно меньше, чем для электронов, из-за большой массы | Их вклад в дозу при протонной и ионной терапии обычно второстепенен |
| Ядерное торможение | Упругое рассеяние на ядрах и передача им кинетической энергии | Незначительно при высоких терапевтических энергиях, но возрастает при замедлении частицы | Может учитываться при моделировании дозы и оценки вторичных ядерных процессов |
| Полная тормозная способность | Сумма коллизионных, радиационных и ядерных потерь | В терапевтическом диапазоне в основном совпадает с коллизионными потерями | Используется для расчёта пробега и распределения дозы |
| Электроны и позитроны | Ионизация сочетается с существенным тормозным излучением | Равенство ионизационных и полных потерь выражено слабее | Определяет более широкое и менее локализованное распределение дозы по сравнению с протонами |
Следовательно, правильным является утверждение о примерном равенстве ионизационных потерь и тормозной способности тяжёлых заряженных частиц. Это равенство справедливо прежде всего для энергий, применяемых в лучевой терапии, когда доминируют электронные столкновения. По мере снижения энергии частицы удельные потери возрастают, что лежит в основе пика Брэгга. Клинически данный принцип позволяет уменьшить облучение тканей за пределами запланированной глубины.