2) протонов (+)
3) кварков
4) нейтронов
Положительный заряд атомного ядра определяется числом протонов, которое обозначают буквой Z и называют атомным номером элемента. Каждый протон имеет заряд +e, поэтому заряд ядра равен +Ze. Именно величина Z определяет химический элемент: изменение числа протонов превращает атом в атом другого элемента.
Нейтроны электрического заряда не имеют и на величину ядерного заряда не влияют, а электроны несут отрицательный заряд. В электрически нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, поэтому суммарный заряд атома равен нулю; при потере или присоединении электронов образуется ион. Для радиотерапии принципиальны атомный номер и электронная структура вещества, поскольку они влияют на взаимодействие ионизирующего излучения с тканями, включая фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование вторичных электронов.
| Объект или характеристика | Электрический заряд | Что определяется | Значение для физики излучения |
|---|---|---|---|
| Протон | +e | Входит в состав ядра; его количество определяет атомный номер Z | Формирует положительный заряд ядра и идентичность химического элемента |
| Нейтрон | 0 | Влияет на изотоп и массовое число, но не изменяет элемент | Определяет ядерную стабильность и возможность радиоактивного распада |
| Электрон | −e | Число электронов определяет степень ионизации атома | Участвует в возбуждении и ионизации вещества при прохождении излучения |
| Атомный номер Z | Заряд ядра +Ze | Равен числу протонов и однозначно характеризует элемент | Влияет на вероятность фотоэлектрического поглощения и ослабление фотонного излучения |
| Массовое число A | Электрического заряда не имеет | Равно сумме протонов и нейтронов: A = Z + N | Используется для различения изотопов и описания радионуклидов |
| Нейтральный атом | 0 | Число электронов равно числу протонов | Сохраняет электронейтральность вещества до процесса ионизации |
| Ион | q = e(Z − Ne) | Возникает при избытке или недостатке электронов | Ионизация лежит в основе биологического действия радиации и повреждения ДНК |
Таким образом, число протонов является основным критерием, определяющим атомный номер и положительный заряд ядра. Число нейтронов характеризует изотоп, а изменение числа электронов — заряд иона, но не химическую принадлежность элемента. В радиотерапии ионизация атомов и молекул приводит к образованию свободных радикалов и повреждению клеточных структур, прежде всего ДНК. Поэтому понимание связи между атомным номером, электронной структурой и взаимодействием излучения имеет фундаментальное значение для дозиметрии и радиобиологии.