Skan
3

stopniowo swą energię kinetyczną i ulega rekombinacji, czyli połączeniu z jonem dodatnim, w wyniku czego powstaje atom obojętny, lub przyłącza się do jednego /. obojętnych atomów, który dzięki temu staje się jonem ujemnym.

W ten sposób, w następstwie pojedynczego aktu absorpcji fotonu, w napromienionym ośrodku powstaje pewna liczba jonów. Długość drogi fotoelektronu, a więc skuteczny zasięg jego działania, zależy od energii przekazanej mu przez pochłonięty foton i od materiału absorbenta. Przy energiach fotonów najczęściej stosowanych w medycynie (50-200 keV) zasięg fotoelektronów w tkankach miękkich zmienia się w niewielkich granicach i wynosi 0,02-4,5 mm (wg Jaegera).

Rozproszenie komptonowskie. 7jawisko Comptona można traktować jako wynik sprężystego zderzenia fotonu z elektronem. Ponieważ zjawisko to zachodzi przy większych niż w zjawisku fotoelektrycz.nym energiach fotonów, energię wiązania elektronów w atomie, jako małą w stosunku do energii fotonu, można zaniedbać i traktować te elektrony jako swobodne o początkowej energii równej zeru. Ponieważ zderzenie fotonu z elektronem uważamy za sprężyste, musi ono podlegać zasadzie zachowania energii i zasadzie zachowania pędu. Po zderzeniu foton zostaje odrzucony pod kątem 9, elektron zaś uzyskuje pęd niv, tworząc kąt a z kierunkiem padania fotonu (ryc. 22.10).

Foton rozproszony ma oczywiście częstotliwość v' mniejszą od częstotliwości v fotonu padającego. Związany z tym przyrost długości fali zależy od kąta rozproszenia 9.

Odrzucone elektrony komptonowskie zabierają tylko część energii padającego fotonu. Energia ta jest tym większa, im większy jest kąt rozproszenia fotonu 9, a ten z kolei zależy od długości fal: fotonu padającego. Fotony o małych energiach (prom etiie rentgenowskie) tylko niewielką część swej energii przekazują elektronom komptonowskim. Ze wzrostem energii padających fotonów część energii przekazywana elektronom zwiększa się.

Elektron koniptonowski jonizuje środowisko podobnie jak loioclcktron. Foton rozproszony hv', zależnie od posiadanej energii, zapoczątkowuje bądź kolejne zjawiska Comptona, bądź ulega absorpcji w zjawisku fotoclcktrycznym.

Tworzenie par elektron-pozyton. Jeżeli energia lotonu jest większa od energii równoważnej masie spoczynkowej dwóch elektronów, wzajemne oddziaływanie promieniowania i materii może mieć inny przebieg. Masa i energia są zc sobą związane zależnością E = mc². Masa spoczynkowa elektronu m_Q = 9,1 • 10~³¹ kg. prędkość światła c = 3 10* m/s. Podstawiając te wartości do wzoru Einsteina, otrzymamy, że energia równoważna masie elektronu E = 0,511 MeV. Mając energię większą od 1,022 MeV, foton może w polu jądra atomowego wyzwolić dwa elektrony o przeciwnych ładunkach elektrycznych, to znaczy negaton i pozyton, sam ulegając unicestwieniu (ryc. 22.11).

Ryc. 22.11. Powstawanie pary negaton-pozytun.

Elektrony otrzymane w ten sposób jonizują atomy kosztem swej energii kinetycznej. Pozyton natomiast, po utracie energii kinetycznej, łączy się z negatonem, po czym obie te cząstki ulegają unicestwieniu, na ich miejsce powstają dwa fotony, które następnie biorą udział w zjawisku fotoclcktrycznym lub Comptona.

Procentowy udział opisanych powyżej elementarnych procesów oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego w tkaukach zależy od energii promieniowania i przedstawia się następująco:

Energia	Zjawisko fotoclcktryczne	Zjawisko Comptona	Powstawanie par
10 kcV	99%	—	-
200 keV	1%	99%	—
2 MeV	-	99%	1%
20 McV		50%	50%

Straty jonizacyjne promieniowania elektromagnetycznego w zakresie energii mających znaczenie w medycynie są stosunkowo nieduże. W tabeli 22.7 podano gęstość jonizacji i LET promieniowania elektromagnetycznego w tkankach miękkich. w zależności od energii promieniowania.

Prawo osłabiania. Opisane powyżej mechanizmy oddziaływania jonizującego promieniowania elektromagneiycznego z materią powodują, że natężenie wiązki

713