إن تحديد الطاقة التي يمنحها الإشعاع للمادة هو موضوع قياس الجرعات، حيث تتفاعل الطاقة المودعة كإشعاع مع ذرات المادة، كما ان الطاقة المنقولة هي المسؤولة عن الآثار التي يسببها الإشعاع في المادة، على سبيل المثال ارتفاع درجة الحرارة أو التغيرات الكيميائية أو الفيزيائية في خصائص المادة، حيث تتناسب العديد من التغييرات الناتجة عن الإشعاع مع الجرعة الممتصة، مما يؤدي إلى إمكانية استخدام المادة كجزء حساس من مقياس الجرعات، كما أن التأثيرات البيولوجية للإشعاع تعتمد على الجرعة الممتصة، يتم أيضًا تحديد مجموعة الكميات المتعلقة بمجال الإشعاع ضمن نطاق قياس الجرعات.
الكميات والوحدات المستخدمة في وصف تفاعل الإشعاع المؤين
تاريخيًا، كان قياس التأين الناتج عن الإشعاع هو الخيار الأول المستخدم لقياس مرور الإشعاع عبر المادة. في الواقع فإن كمية التعرض أو بشكل أكثر دقة جرعة التعرض، كما حددتها اللجنة الدولية لوحدات وقياسات الإشعاع في عام 1957، مرتبطة بقدرة حزمة الفوتون على تأين الهواء. في السنوات الأخيرة، تم استبدال استخدام هذه الكمية بـ (kerma) وهي كمية أكثر عمومية موصى بها لأغراض معايرة مقياس الجرعات.
ومع ذلك، فإن الجرعة الممتصة هي الكمية التي تشير بشكل أفضل إلى تأثيرات الإشعاع على المواد أو على البشر وبالتالي، تستند جميع الكميات المتعلقة بالحماية عليها، كما يعد استخدام كميات الجرعات أمرًا مهمًا في العديد من جوانب تطبيق الإشعاع. في الأشعة التشخيصية، تعتبر الحماية من الإشعاع للموظفين والمرضى أهم تطبيق لكميات قياس الجرعات.
المجالات الإشعاعية
- يمكن قياس حقل الإشعاع عند نقطة بواسطة تأثير الكمية الفيزيائية غير العشوائية والتي يتم التعبير عنها عادةً بوحدات (m أو cm).
- عندما يتفاعل جسيم غير مشحون على سبيل المثال فوتون الأشعة السينية مع المادة، يتم نقل جزء من طاقته في أحداث تفاعل مختلفة. في حجم من المادة تُعطى الطاقة المنقولة بمجموع كل الطاقات الحركية الأولية للجسيمات المؤينة المشحونة المحررة بواسطة الجسيمات غير المشحونة في الحجم. بالنسبة للحالة التي تكون فيها الفوتونات في نطاق الطاقة التشخيصي الجسيمات المتفاعلة غير المشحونة، يتوافق مقدار الطاقة مع مجموع الطاقات الحركية للإلكترونات في اللحظة التي يتم تحريرها فيها في تشتت غير متماسك أو تفاعل كهروضوئي في حجم المجلد.
- بالنسبة لطاقات الفوتون التي تتجاوز عتبة إنتاج الزوج 1.022 MeV، كما يمكن أيضًا نقل الطاقة الحركية إلى البوزيترونات ومع تفاعل الجسيمات المشحونة المحررة مع المادة، يمكن تشعيع جزء من طاقتها الحركية الأولية كفوتونات. هناك عمليتان رئيسيتان مسؤولتان عن انبعاث الفوتونات:
- انبعاث إشعاع بريمستراهلونغ عن طريق تفاعل الإلكترونات والبوزيترونات مع النوى.
- إبادة البوزيترونات أثناء الحركة، الطاقة الحركية المتبقية للبوزيترون (تان) في لحظة الإبادة بالإضافة إلى طاقات الكتلة الباقية للجسيمات المنحلة (1.02 إلكترون فولت) التي يتم تحويلها إلى طاقة الفوتون.
- لكلا الكميتين (الطاقة المنقولة والطاقة الصافية المنقولة)، الحجم هو الحجم حيث تتفاعل الجسيمات الأولية غير المشحونة، لا يهم ما إذا كان نطاق الجسيمات المشحونة مقيدًا بـ الحجم أم لا، يتم تضمين جميع طاقاتها الحركية الأولية في مقدار الطاقة، ويتم استبعاد جميع انبعاثات الفوتونات الزائدة والطاقة الزائدة لفوتونات الإبادة.
نقل الطاقة
مفهوم مهم للغاية فيما يتعلق بترسب الطاقة من الإشعاع المؤين إلى المادة هو الطاقة المنقولة، يتم تحديد هذه الكمية لأي إشعاع (مشحون أو غير مشحون) وترتبط بجزء من الطاقة المشعة التي يمكن أن تنتج تأثيرات داخل الحجم المشع، إذا كان الحجم هو الحجم المشع، فإن الطاقة المنقولة هي الطاقة المشعة التي تدخل الحجم و (Rout) هي الطاقة التي تغادر الحجم.
ترتبط كمية الكيرما الفيزيائية غير العشوائية بالطاقة المنقولة من الجسيمات غير المشحونة إلى المادة. (Kerma) هو اختصار للطاقة الحركية الصادرة لكل وحدة كتلة، تكون كمية الطاقة المنقولة هي القيمة المتوقعة للطاقة المنقولة من الإشعاع المؤين بشكل غير مباشر إلى الجسيمات المشحونة في الحجم الأولي للكتلة.
وحدة الكيرما في النظام الدولي للوحدات هي جول لكل كيلوغرام (J / كجم) والتي يطلق عليها اسم خاص رمادي (Gy). بعض الملاحظات الهامة عن كرمة هي:
- يمكن تعريف (Kerma) في أي مادة لذلك من المهم أن يتم الإعلان عن المادة عند تقديم قيمة لـ (kerma).
- تم تعريف (Kerma) للإشعاع المؤين بشكل غير مباشر والجسيمات غير المشحونة مثل الفوتونات والنيوترونات وهي مرتبطة بالخطوة الأولى لنقل الطاقة من هذه الجسيمات إلى المادة، حيث تنقل الجسيمات غير المشحونة الطاقة الحركية إلى الجسيمات الثانوية المشحونة.
- لا يتم بالضرورة إنفاق الطاقة الحركية المنقولة إلى الجسيمات الثانوية في الحجم حيث تم تحريرها. تعريف (kerma) مقيد بالطاقة التي تتلقاها الجسيمات الثانوية في لحظة التحرر.
