Бета-випромінювання (β-випромінювання)

БЕ́ТА-ВИ­ПРОМІ́НЮВА­Н­НЯ (β-ви­промінюва­н­ня) — електрони (або рівні їм за масою, але заряджені позитивно частинки — позитрони), які вилітають при роз­паді від­повід­но бета-мінус або бета-плюс радіо­активних атомних ядер. Існує декілька бета-радіо­активних атом. ядер, здатних при своєму роз­паді ви­промінювати як електрони, так і позитрони, але більшість ядер при роз­паді ви­промінюють тільки частинки одного виду. При одному й тому ж типі роз­паду однакових ядер енергія бета-частинок, що вилітають, може бути різною, змінюючись від нуля до певного макс. значе­н­ня. Тому для кожного ядра і типу його бета-роз­паду є своє значе­н­ня граничної (макс.) енергії ви­промінюваних ним бета-частинок (E_гр), а також середнього (E_ср) і найбільш імовірного (E_ім) значе­н­ня їхньої енергії. Серед радіонуклідів бета-ви­промінювачів природ. походже­н­ня найбільше значе­н­ня в опромінен­ні біо­обʼєктів мають ⁴⁰К, ¹⁴С та ³Н, а серед радіонуклідів техноген. походже­н­ня — ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y та ¹³⁷Cs (значна кількість ядер бета-ви­промінювачів ¹⁴С та ³Н напрацьовується також при роботі ядерних реакторів від­повід­но з графітовими й водяними сповільнювачами). При проходжен­ні через речовину бета-частинки по­ступово пере­дають енергію електронам її атомів, при цьому зменшується швидкість і змінюється напрямок їхнього руху. Коли їхня швидкість стає близькою до швидкості руху електронів в атомах речовини, бета-частинку (електрон) захоплює один із атомів речовини, а позитрон анігілює з одним із електронів речовини, утворюючи при цьому два або більше гама-кванти, сумарна енергія яких дорівнює 1022 кеВ.

Для бета-частинок з певною Е_гр у кожній речовині є своє значе­н­ня макс. довжини їхнього пробігу (R_м) й коефіцієнта по­глина­н­ня (µ). З точністю кращого за 20 % значе­н­ня цих величин можна вирахувати за допомогою емпіричних формул: R_м = 0,407 Е_гр при 0,15 МеВ < < E_гр < 0,8 МеВ; R_м = 0,542 Е_гр — – 0,133 при Е_гр > 0,8 МеВ і µ = = 15,5 Е_гр (тут R_м виражають у г/см², µ — у см²/г, а Е_гр — у МеВ). Коли енергія, яку пере­дає бета-частинка в окремому акті взаємодії, до­статня для від­риву електрона від атома речовини, то від­бувається іонізація від­повід. атома, а якщо ні, то його збудже­н­ня. У речовині, близькій за елементним складом до біол. тканини, на один акт іонізації припадає при­близно два акти збудже­н­ня. Іонізаційні втрати — частина енергії бета-частинок, що йде на іонізацію і збудже­н­ня атомів речовини. Окрім іонізаційних, існують і радіац. втрати енергії, повʼязані зі змінами напрямку руху бета-частинок у речовині. Вони являють собою ви­промінюва­н­ня квантів електромагніт. енергії і зростають зі збільше­н­ням енергії бета-частинки, але в біол. тканині, навіть за найвищих енергій бета-частинок, не пере­вищують декількох процентів від іонізац. втрат. Величина лінійного пере­дава­н­ня енергії (ЛПЕ) для бета-частинок при збільшен­ні їхньої енергії від 1 кеВ до 1 МеВ по­ступово зменшується прибл. від 12 до 0,2 кеВ/мкм, а надалі повільно зро­стає за рахунок зро­ста­н­ня радіац. втрат. Тільки при енергіях, менших за 500 еВ, ЛПЕ бета-частинок пере­вищує 20 кеВ/мкм, але при цьому їхня іонізувал. здатність стає вже дуже малою. Це означає, що в більшості випадків бета-частинки є рідкоіонізувал. ви­промінюва­н­ням. Тому їхня біол. дія в основному аналогічна дії ін. рідкоіонізувал. ви­промінювань (див. Іонізуючі ви­промінюва­н­ня).

Особливості біол. дії бета-частинок повʼязані з формува­н­ням ними нерівномірної дози опроміне­н­ня тканини за рахунок різниці у довжині пробігу в ній для бета-частинок, ви­промінюваних навіть однаковими радіонуклідами. Винятком є ситуація формува­н­ня рівномірної дози опроміне­н­ня тканини, яка створюється, коли до­статньо велика кількість бета-частинок від роз­паду рівномірно роз­поділених по її обʼєму радіонуклідів опромінює обʼєм тканини, роз­міри якого значно більші за R_м. Оцінити абсолютну величину й роз­поділ дози по обʼєму тканини при опромінен­ні її бета-частинками можливо за допомогою екс­траполяційної плоско паралельної іонізац. камери або аналізуючи енергет. спектр бета-частинок, які формують дозу опроміне­н­ня. Від­носне значе­н­ня цих величин можна отримати за допомогою дозиметрів, що складаються з наборів чутливих до бета-ви­промінюва­н­ня термолюмінесцентних плівок або фотоплівок. Ще одна особливість біол. дії бета-частинок повʼязана з тим, що за енергії, яка пере­вищує 250 кеВ, їхній рух у біол. тканині су­проводжується свіче­н­ням Вавилова–Черенкова, максимум інтенсивності якого припадає на синьо-фіолетову частини видимого спектра електромагнітного ви­промінюва­н­ня. Тобто в цьому випадку біол. тканина пере­буває в полі комбінованої дії іонізувал. радіації й світла. Під дією фотохім. реакцій, викликаних фотонами свіче­н­ня Вавилова–Черенкова, в ДНК клітини можуть утворюватися тимінові димери, які в комбінації з продуктами дії бета-частинок як іонізувал. ви­промінюва­н­ня здатні викликати від­повід­ні фізіол. й генет. ефекти.

Завантажити статтю