Войти
Диффузия камера Вильсона с следы ионизирующего излучения (альфа-частицы), которые становятся видимыми в виде цепочек капель В дозиметрии, линейная передача энергии (ЛПЭ) - это количество энергии, которое ионизирующая частица переносится на материал, пройденный на единицу расстояния. Он описывает действие излучения на материю.
Она идентична тормозящей силе, действующей на заряженную ионизирующую частицу, движущуюся через вещество. По определению LET - положительная величина. ЛПЭ зависит от природы излучения, а также от пройденного материала.
Высокая ЛПЭ будет быстрее ослаблять излучение, обычно делая защиту более эффективной и предотвращая глубокое проникновение. С другой стороны, более высокая концентрация вложенной энергии может вызвать более серьезное повреждение любых микроскопических структур вблизи трека частицы. Если микроскопический дефект может вызвать крупномасштабный отказ, как в случае биологических клеток и микроэлектроники, LET помогает объяснить, почему радиационные повреждения иногда непропорциональны поглощенной дозе.. Дозиметрия пытается учесть этот эффект с помощью весовых коэффициентов излучения.
Линейная передача энергии тесно связана с тормозной способностью, поскольку оба равны тормозящей силе. Неограниченная линейная передача энергии идентична линейной тормозной способности электроники, как обсуждается ниже. Но концепции тормозной способности и ЛПЭ различаются в том отношении, что полная тормозная способность имеет ядерную составляющую тормозной способности, и эта составляющая не вызывает электронных возбуждений. Следовательно, ядерная останавливающая сила не содержится в LET.
Подходящей единицей СИ для LET является ньютон, но чаще всего он выражается в единицах килоэлектронвольт на микрометр (кэВ / мкм) или мегаэлектронвольтах на сантиметр ( МэВ / см). В то время как медицинские физики и радиобиологи обычно говорят о линейной передаче энергии, большинство физиков немедицинского профиля говорят о тормозящей способности.
Вторичные электроны, образующиеся в процессе ионизации первичной заряженной частицей, обычно называются дельта-лучами., если их энергия достаточно велика, чтобы они сами могли ионизировать. Многие исследования сосредотачиваются на энергии, передаваемой вблизи трека первичной частицы, и поэтому исключают взаимодействия, которые производят дельта-лучи с энергией, превышающей определенное значение Δ. Этот предел энергии предназначен для исключения вторичных электронов, которые переносят энергию далеко от трека первичной частицы, поскольку большая энергия подразумевает больший диапазон. Это приближение не учитывает направленное распределение вторичного излучения и нелинейный путь дельта-лучей, но упрощает аналитическую оценку.
С математической точки зрения Ограниченная линейная передача энергии определяется как
где 
В ходе своих исследований радиоактивности Эрнест Резерфорд ввел термины альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи для трех типов выбросов, которые происходят во время радиоактивного распада.
кривая Брэгга 5,49 МэВ альфа-частиц в воздухе. Это излучение возникает в результате распада радона (Rn); его диапазон составляет 4,14 см. Тормозная способность (которая по существу идентична ЛПЭ) показана здесь в зависимости от длины пути; его пик - «пик Брэгга» Линейный перенос энергии лучше всего определяется для моноэнергетических ионов, то есть протонов, альфа-частиц и более тяжелых ядер, называемых ионами HZE обнаружены в космических лучах или произведены ускорителями частиц. Эти частицы вызывают частую прямую ионизацию в узком диаметре вокруг относительно прямой дорожки, что приближается к непрерывному замедлению. По мере замедления изменяющееся сечение частицы изменяет их ЛПЭ, обычно увеличивая ее до пика Брэгга непосредственно перед достижением теплового равновесия с поглотителем, т. Е. До окончания диапазон. В состоянии равновесия падающая частица по существу останавливается или поглощается, и в этот момент ЛПЭ не определена.
Поскольку LET изменяется по треку частицы, для представления разброса часто используется среднее значение. В литературе представлены средние значения, взвешенные по длине трека или по поглощенной дозе, причем последние более распространены в дозиметрии. Эти средние значения не сильно различаются для тяжелых частиц с высокой ЛПЭ, но различие становится более важным в другом типе излучений, обсуждаемых ниже.
Электроны, образующиеся при ядерном распаде, называются бета-частицы. Из-за их малой массы по сравнению с атомами они сильно рассеиваются ядрами (кулоновское или резерфордовское рассеяние ), гораздо сильнее, чем более тяжелые частицы. Поэтому следы бета-частиц искривлены. Помимо производства вторичных электронов (дельта-лучей) при ионизации атомов, они также производят тормозное излучение фотонов. Максимальный диапазон бета-излучения может быть определен экспериментально, который меньше, чем диапазон, который можно было бы измерить на пути частицы.
Гамма-лучи - это фотоны, поглощение которых не может быть описано LET. Когда гамма квант проходит через материю, он может быть поглощен в одном процессе (фотоэлектрический эффект, эффект Комптона или образование пар ), или он продолжает свой путь без изменений. (Только в случае эффекта Комптона происходит еще один гамма-квант меньшей энергии). Следовательно, поглощение гамма-лучей подчиняется экспоненциальному закону (см. гамма-лучи ); поглощение описывается коэффициентом поглощения или половинной толщиной . Следовательно,.
ЛПЭ не имеет значения при применении к фотонам. Однако многие авторы все равно говорят о «гамма-ЛПЭ», где они фактически имеют в виду ЛПЭ вторичных электронов, то есть в основном комптоновских электронов, создаваемых гамма-излучением. вторичные электроны будут ионизировать гораздо больше атомов, чем первичный фотон. Эта гамма-ЛПЭ имеет мало отношения к скорости ослабления луча, но может иметь некоторую корреляцию с микроскопическими дефектами, возникающими в поглотителе. Следует отметить, что даже моноэнергетический гамма-пучок будет производить спектр электронов, и каждый вторичный электрон будет иметь переменную ЛПЭ при замедлении, как обсуждалось выше. Таким образом, «гамма-LET» является средней.
Передача энергии от незаряженной первичной частицы к заряженным вторичным частицам также может быть описана с помощью коэффициента передачи энергии по массе.
ICRP используется, чтобы рекомендовать коэффициенты качества в качестве обобщенного приближения ОБЭ на основе ЛПЭ. Многие исследования пытались связать линейный перенос энергии с относительной биологической эффективностью (ОБЭ) излучения, с противоречивыми результатами. Взаимосвязь широко варьируется в зависимости от природы биологического материала и выбора конечной точки для определения эффективности. Даже когда они поддерживаются постоянными, разные спектры излучения, которые совместно используют одну и ту же ЛПЭ, имеют значительно различающуюся ОБЭ.
Несмотря на эти различия, обычно наблюдаются некоторые общие тенденции. RBE обычно не зависит от LET для любой LET менее 10 кэВ / мкм, поэтому в качестве эталонного условия обычно выбирается низкая LET, когда RBE устанавливается на единицу. Выше 10 кэВ / мкм некоторые системы показывают снижение ОБЭ с увеличением ЛПЭ, в то время как другие показывают первоначальное увеличение до пика перед снижением. Клетки млекопитающих обычно испытывают пик ОБЭ для ЛПЭ около 100 кэВ / мкм. Это очень приблизительные цифры; например, одна серия экспериментов обнаружила пик при 30 кэВ / мкм.
Международная комиссия по радиационной защите (ICRP ) предложила упрощенную модель отношений RBE-LET для использования в дозиметрии. Они определили добротность излучения как функцию усредненной по дозе неограниченной ЛПЭ в воде и предполагали, что это весьма неопределенное, но в целом консервативное приближение ОБЭ. Различные итерации их модели показаны на графике справа. Модель 1966 года была интегрирована в их рекомендации 1977 года по радиационной защите в МКРЗ 26. Эта модель была в значительной степени заменена в рекомендациях МКРЗ 60 1991 года весовыми коэффициентами излучения, которые были привязаны к типу частицы и не зависели от ЛПЭ. ICRP 60 пересмотрела функцию коэффициента качества и зарезервировала ее для использования с необычными типами излучения, которым не были присвоены весовые коэффициенты излучения.
При использовании для описания дозиметрии ионизирующего излучения в биологических или биомедицинских условиях LET (например, линейная тормозная способность ) обычно выражается в единицах k eV /µm.
В пробел приложениях, электронные устройства могут быть нарушены прохождением энергичных электронов, протонов или более тяжелых ионов, которые могут изменять состояние цепи, создавая «эффекты единичного события ». Эффект излучения описывается ЛПЭ (которая здесь используется как синоним тормозной способности), обычно выражается в единицах МэВ · см² / мг материала, единицах, используемых для измерения тормозной способности массы (рассматриваемым материалом обычно является Si для устройств MOS). Единицы измерения складываются из комбинации энергии, теряемой частицей в материале на единицу длины пути (МэВ / см), деленной на плотность материала (мг / см³).
«Мягкие ошибки» электронных устройств из-за космических лучей на Земле, однако, в основном, из-за нейтронов, которые не взаимодействуют напрямую с материалом и прохождение которых поэтому не может быть описано LET. Скорее их эффект измеряется в количестве нейтронов на см в час, см. Мягкая ошибка.
Когда термин «тормозящая способность» используется по отношению к фотонам, как, кажется, имеет место в приведенном вами примере, на самом деле он используется не для самих фотонов, а для набора электронов свободен взаимодействием фотонов.
