§ 90. Предмет микродозиметрии

Дозиметрические величины, определяющие поле излучения и взаимодействие излучения с веществом, такие, как плотность потока энергии, плотность потока частиц, доза излучения, кер٠ ма и т. п., есть величины макроскопические.

Отличительной чертой макроскопических величин является достаточно плавное и непрерывное их изменение при изменении параметров системы, которую они описывают. Так, интенсив­ность излучения непрерывно изменяется с изменением толщины поглотителя, доза излучения — с изменением плотности потока излучения и т. д.

Ионизирующее излучение, однако, состоит из дискретных частиц, которые передают энергию веществу малыми, но конеч­ными порциями. Взаимодействие излучения с веществом имеет статистический характер, и это приводит к тому, что многие фи­зические факторы, определяющие дозиметрические величины, под­вержены случайным флюктуациям.

Рассмотрим, например, экспозиционную дозу фотонного из­лучения X, которая определяется количеством электричества, со­зданного в результате ионизации воздуха. В самом процессе формирования экспозиционной дозы можно выделить два этапа:

281

образование электронов в результате взаимодействия- фотонов с воздухом и образование ионов в результате взаимодействия с воздухом электронов. Каждый из этих процессов имеет стати- стическую природу. Общая ионизация, которая должна быть измерена для определения X, будет равна произведению числа электронов п_е на число пар ионов /, созданных каждым элек- троном. Обе эти величины подвержены случайным флюктуа٠ циям, причем флюктуации величины / не зависят от числа элек- тронов п_е. Тем не менее мы говорим об определенном значении экспозиционной дозы X, которая непрерывно изменяется с из- менением плотности потока фотонов. Причина заключается в том, что'само' понятие дозы в его обычном смысле применимо только к таким системам, в которых происходит достаточно большое число событий, чтобы флюктуации при отдельных актах взаимодействия не влияли на значение макроскопической ве- личины X. Таким образом, когда говорится о дозе в малом объ- еме или даже в точке, подразумевается, что этот объем содер- жит достаточную массу вещества, чтобы число событий (взаи- модействий) было велико, другими словами, упомянутые дози- метрические величины описывают макроскопические системы.

Статистическая природа ионизирующих излучений и их взаи- модействия с веществом проявляется в том, что макроскопические дозиметрические величины выражают собой средние значения. В силу большого числа событий наблюдаемые значения этих ве' личин имеют чрезвычайно малые отклонения от среднего.

Отсюда следует, что по мере уменьшения числа событий долж- на увеличиваться- роль- статистических флюктуаций, и можно представить себе такие условия, при которых описание взаимо- действия излучения с веществом усредненными величинами не представляется возможным. Применительно к экспозиционной дозе такая ситуация возможна при малой интенсивности излу- чения и низком давлении газа в измерительном объеме.

В области радиобиологии практически важной является пере- дача энергии при малом числе актов взаимодействия излучения с веществом. Но в этом случае нельзя пренебрегать флюктуа- циями в передаче энергии, которые могут оказаться решающими при 'количественном описании радиобиологических эффектов.

В течение нескольких десятков лет ведутся эксперименталь- ные исследования с целью достигнуть лучшего понимания ра- диобиологических процессов, происходящих при воздействии иони- зирующих излучений на живые клетки. Один из аспектов этих исследований заключается в изучении биологических реакций при изменении физических параметров, характеризующих поле излучения. При этом следующие физические характеристики яв- ляются предметом систематического излучения: количество излу- аяя как переменная величина в определении соотношений доза-эффект, распределение излучения во времени (фракцио- нирование дозы) и качество излучения как переменная величина при определении коэффициента качества различных видов излу- 282