Жер шарының тұрғындары, негізгі сәулеленуді табиғи көздерден алады, ол жалпы радиациялық фонның 70% құрайды. (9-кесте) Табиғи көздердің көп бөлігінің иондаушы сәуле әсерінен құтылу мүмкін емес. Жердің өмір сүру тарихының басынан бастап Жердің бетіне космостан әртүрлі сәулеленулер түсіп, жерге радиоактивті заттарға өтеді. Адам екі жолмен сәулеленеді. Радиоактивті заттар да, басқа иондаушы заттар секілді организмнен тыс орналасып, оны сыртынан сәулелендіруі мүмкін.
Егер радионуклид адам тыныс алатын ауада, тағамда немесе суда болса және ол ағзаның ішіне түссе, онда ол ішкі сәулелену деп аталады.
Радиацияның табиғи көздерінен кез-келген Жер тұрғындары сәулеленеді, бірақта кейбір адамдар басқаларға қарағанда радиацияның көп дозасын алуы мүмкін. Бұл олардың қайда тұратынымен байланысты болып келеді. Жер шарының кейбір аймақтарында, мысалы, радиоактивті кендер көбірек орналасқан жерлерде орташа радиоактивті дозадан жоғары болады. Сәулелену дозасы адамның өмір сүру салтына да байланысты; кейбір құрылыс материалдарын қолдану, газ немесе көмір қолдану, бөлменің герметизациясы және ұшақта ұшу–осының барлығы табиғи көздердің радиация мөлшерін жоғарылатады..
Кесте-1
Иондаушы сәулелердің табиғи көздері
| № | Табиғи көздері | Жылдық орташа доза | |
| бэр | Зв | ||
| 1 | Космос сәулелері | 30 | 0,30 |
| 2 | Жер (су, топырақ, құрылыс материалы) | 50-130 | 0,5-1,3 |
| 3 | Адам денесінің құрамындағы радио-активті элементтер | 30 | 0,3 |
| 4 | Басқа көздер | 2 | 0,02 |
| 5 | Жылдық дозаның орташа саны | 200 | 2 |
Табиғи радиация есебінен адам ұшырайтын сәлеленудің көп бөлігіне, жалпы алғанда жердің радиация көзі жауапты. Орташа алғанда олар тұрғындар қабылдайтын, сәуленің жылдық эквиваленттік тиімділік дозаның 5/6-дай бөлігімен қамтамасыз етеді, ал қалған сәулелер дозаның қалыптасуына иондаушы көзінен ғарыштық сәулелер септігін тигізеді.
Тежелуші сәулелену. Рентген сәулесінен 1-ден 10МэВ шегінде болатын квант энергиясымен ерекшелінеді. Оны сонымен бірге арнайы күшейткіштерде, вакуумді жүйеде, электрондарда жедел тежеу және күшейту арқылы электростатикалық (Ван Де Грайф күшейткіші), сызықты (электрондардың сызықты күшейткіштері – ЭСК (ЛУЭ), циклді (микротрондар, бетатрондар, синхротрондар) күшейткіштер арқылы алады. Сәулелік терапияда тежелуші сәулеленуде көбіне квант энергиясын, жұтылу қисықтарын және дозалы таралуды қолданады.Тежелуші сәулеленудің затпен әсерлесуінде маңызды ролді комптон эффектісі және бу пайда болатын тиімділігі атқарады. Соңғы тиімділігінің әсері 1,02 МэВ квант энергиясы – электронның тыныштықтағы жағдайын 2 еселенуінде болады. Осы кезде 2 бөлшек пайда болады – электрон және позитрон. Позитрон асықпай ортаның электрондарының біреуімен әсерлесіп, аннигиляцияланады (жойылады). Аннигиляциянудың нәтижесінде 1,02 МэВ жалпы энергиясы 2 квант пайда болады. Осылайша алғашқы квант энергиясының пайда болу тиімділігі электрондардың кинетикалық энергиясына және аннигиляциялық сәулелену энергиясына айналады. Тежелуші сәулеленудің жұтылған дозаларының салыстыр, малы қисықтары кванттардың әртүрлі энергиясымең көрсетілген. Ол жердегі беткей дозаның төмендеуі, терендік дозаның энергиямен жоғарылауы көрінеді, ал ионизацияның максимум зонасы тереңдікке қарай көбейеді.
25МэВ энергиясымен тежелуші сәулеленудің дозалық тарауы максимальды доза зонасы (100% изодоза) сәулелену бетінің 3-5 см ара қашықтықтан, 50% изодоза – 20 см тереңдікте, ал 20% изодоза беткей қабаттан 36 см арақашықтықта орналасады. Ортаға осындай жоғары энергияның тежелуші сәулеленудің белгілі тереңдікке өтуі, оның сәулелік терапияда терең орналасқан ісіктерге әсерінің рентген сәулеленуіне қарағанда ұтымдығын көрсетеді.
Гамма-сәулесі электромагниттіге жатады, бірақ рентген жә-не тежелушіден пайда болатын механизмімен ажыратылады, Гамма кванттар өзінен өзі және табиғи радиоактивті заттармен шығады. Фотондар энергиясы химиялық жағдайына байланыссыз әр кезде түрақты 1 кесте гамма-сәулелендірушілер болыг табылатын, сәулелік терапияда кең тараған радионуклеидтер болып табылады.
Науқасты емдеуге кіріскенде дәрігер қажетті доза өрісін алу үшін физикалық қасиеттері жағынан үйлесімді болатын сәулеленудің сондай түрін тандап алуға тырысады. Өйткені сәулеленудің әртүрінде адам денесіне сіңірілген доза өзіне тән бөліну қасиетіне ие болады.
Кесте-2
Бірсыпыра гамма сәулелендіруші көздерінің жалпы сипаттамасы
| Изотоп | Жартылай ыдырау | Гамма квант энергиясы (МЭВ) | Биологиялық тіндегі жарты лай қабат әлсіреген жіңішке шоғыры см | Нәтижелі энергия МЭВ |
| Радий | 1620 жыл | 0,18-2,9 | 10,7 | 1,2 |
| Кобальт-60 ( 60 Со) 21 | 5,3 жыл | 1,17-1,33 | 11,0 | 1,25 |
| Цезий 137 37 Сs) 55 | 33 жыл | 0,661 | 7,7 | 0,661 |
| Европий ( 154 Eu) 63 | 16 жыл |
1,116
0,778 0,336 |
8,5 | 0,8 |
| Иридий ( 192 Jr) 77 | 74,4 жыл |
0,137
0,880 |
7,1 | 0,5 |
| Тантал ( 182 Та) 73 | 120 күн |
1,13
1,22 |
10,5 | 1,18 |
Сәуле терапиясы кезінде дәрігер өз алдына айнала қоршаған сау тіндер мен ағзаларға энергияны аз сіңіру кезінде сәуле берілетін ошаққа қолайлы әсер ететіндей басты міндетті қояды. Қазіргі кездегі сәуле терапиясында қолданылатын сәулелендірудің негізгі түрлеріне қисық сызықтар түрінде дозиметриялық сипаттама берілген. Бұл схема өте маңызды, оларды ойланып зерттеу қажет және солар бойынша төмендегі тапсырманы орындау керек.
Гамма-сәулеленудің радиоактивті көздері сәулелік терапиясының жанама және қашықтықтық әдістерінде кең қолданылады. Гамма-терапияның жанама сәулелену әдістері ішінде (қуыс ішілік және тін ішілік), тот баспайтын металлдан немесе тіннен жасалған, гамма-терапияның көздері үшін қабаттары болады.
Тінішілік енгізу үшін қабаттар болады. Тінішілік енгізу үшін ұшы үшкірленген қабаттарды қолданылады. Бұл қабаттар бір тұтас (радиоактивті инелер) немесе қуысты болуы мүмкін, оның ішінде тінге қабаттарды кіргізгеннен кейін ампулаланған көздерді енгізеді.
Препараттарды енгізудің келесі әдістемесі (afterloadind) терапевтік аппараттардың пайда болуына әкеледі. ("АГАТ-В", селектрон тәрізді), мұнда радиоактивті препараттар пневматикалық әкелуші арқылы қашықтықта іске асырылады. Осындай аппараттардың модельдері өңештің, асқазанның, қуықтың, тік ішектің, жатырдың және тағы басқа органдардың қуыс ішілік сәулелендіруін атқаруға көмектеседі.
Гамма терапияның қашықтық әдістері, арнайы құрылымдар арқылы атқарылады, олар Ү-сәулелену көзі бар қорғаушы контейнер-радиациялық бөліктен, осы бөлікті ұстап тұратын штативтен және науқасты жатқызатын столдан тұрады. Бұрынғы ССРО-да статикалық және жылжымалы РОКУС, СИРУС, АГАТ-С, АГАТ-Р, ЛУЧ-1, КЛИНАК, сызықтық жеделдеткіш – 25МэВ энергиялы аппараттар қолданылды.
| Изотоп | Символ | Жартылай ыдырау кезеңі | γ-сәулелену энергиясы, МэВ |
|
Кобальт
Селен Кадмий Теллур Цезий Цезий Европий Тулий Тантал Иридий |
60
Co
75 Se 109 Cd 127 Te 134 Cs 137 Cs 154 Eu 170 Tm 182 Ta 192 Ir |
5,3 года
127 сут 470 » 90 » 2,3 года 30 лет 5,4 года 129 дней 117 сут 75 » |
1,17; 1,33
0,07; до 0,4 0,086; 0,0336 0,0885 0,0566 0,202-1,367 0,399-1,4 0,08 0,462-1,23 0,137-0,651 |
Бетта-сәулесі – корпускулярлы, үлкен жылдамдықпен жылжитын, электрондардан тұрады. Кванттарға қарағанда электрондардың белгілі массасы, электрондық заряды бар, олар электрондық және магниттік өрісте өз жолдарынан ауысады. Бетта бөлшектер элементтердің жасанды және табиғи ядролық ауысуының нәтижесінде пайда болады. Ауада өтімділік қабілеті – 20 м, суда – 25 см, жұмсақ тіндерде – 1 см.
Кесте-4
Терапевтік тәжірбиеде жиі қолданылатын бетта сәулелену көздерінің негізгі сипаттамасы
| Изотоп | Жартылай ыдырау | Бетта-сәулелендірушінің максимальды энергиясы, (МэВ) | Тіннен максимальді өтуі, (мм) | Гамма сәулелендірушінің орташа энергиясы, (МэВ) | Тіндегі жартылай әлсіреу қабаты, (мм) |
| Фосфор-32 ( 32 Р) 15 | 14,3 жыл | 1,7 | 4,0 | 0,68 | 1,15 |
| Иттрий-90 ( 90 J) 39 | 6,1 жыл | 2,18 | 11,0 | 0,89 | 1,5 |
| Йод-131 ( 131 I) 53 | 8,14 жыл | 2,1 | 0,608 | 0,19 | 0,245 |
| Золото-198 ( 198 Au) 79 | 2,69 жыл | 3,8 | 0,957 | 0,32 | 0,38 |
Кесте-5
| Изотоп | Символ | Жартылай ыдырау кезеңі | β-бөлшегінің максимальді энергиясы, МэВ |
|
Фосфор
Стронций Иттрий Рутений Родий Церий Празеодим Прометий Золото Таллий |
32
P
90 Sr 90 I 106 Ru 106 Rh 144 Ce 144 Pr 147 Pm 198 Au 204 Tl |
14,5 дня
28 лет 64,3 ч 360 дней 30 с 284 дня 17,5 мин 2,66 года 2,69 дня 4,26 года |
1,71
0,61 2,26 0,039 2,0 0,3 2,32 0,223 0,96 0,765 |
Бетта-спектрлерінің негізгі ерекшелігі болып, монохроматинсыздығы болып табылады. Сондықтан сәулеленудің сипаттамасының сапасы 3-ші кестеде жартылай әлсіреу қабаты ретінде және өлшемі жуықтап алғанда 1/3 Е mах тең орташа энергия деп аталатын сәулелену түрі.
Бетта-ыдырауда электрондарды шығарудан басқа кей изотоптар
( 25 52 Mn, 57 138 La, т.б.) оң бөлшектер-позитрондарды (В + )
бөледі, олардың қасиеттері бетта-бөлшектердікі тәрізді. Бетта сәулеленудің физикалық қасиеттері тін ішілік және жанасу терапиясына қолданылатын диапозонды анықтайды. Көбіне бұл препараттарды
15 32 P, 39 90 I, 47 111 Ag немесе 79 198 Ag
элементтері бар коллоидті ертінділер немесе сорғыш материалдар ретінде қолданады. (Павлов А.С. 1967ж.)
Электрондық шоғыр. Бетта-бөлшектерден айырмашылығы жеделдетілген электрондарды алумен сипатталынады. Энергиясы ондық МэВ-қа жететін жеделдетілген электрондар шоғырын, тежелуші сәуле генерациясында қолданылатын жеделдеткіштерден алады.
Жеделдетілген электрондардың өткізгіш қабілеті энергия бойымен өсіп отырады. Бұл кезде электрондардың максимальды жылжуының шектеуінде дозалардың жедел төмендеуі байқалады. Ол моноэнергетикалық электронды сәулелену көздерінің сәулелік терапияда қолданылуының ұтымдылығын көрсетеді, 20МэВ энергияның жедел электрондарының дозалық өрісі дозалық максимум (90% изодоза) 5 см тереңдікте орналасады.
Ауыр зарядталған бөлшектер. Альфа-бөлшектер, протондар, дейтрондар және тағы басқалар – радиоактивті ыдырауда және арнайы күшейткіштер көмегімен алынады. Бірінші жағдайда өткізгіш қабілетінің маңызы аз. Осылайша альфа бөлшектердің ауадағы жылдамдығы 2,5-10 см, ал биологиялық (бұлшық ет) тінде 30-130 мкм-ге дейін (10 -7 ), яғни теріні сәулелендіргенде эпидермистен терең болмауы керек. Альфа бөлшектер бета бөлшектерге қарағанда 7300 есе ауыр, физикалық құрамы бойынша гелий атомының ( 2 Не) ядросы болып табылады және екі қабатты элементтердің оң электрлік заряды болады Протондар және дейтрондар – құрамында бір элементтік оң заряды бар ауыр және жеңіл сутегі ядросынан тұрады. Протонның массасы 4 есе, дейтронның массасы альфа бөлшектердің массасына қарағанда 2 есе аз. Олардың өткізгіш қабілеті альфа бөлшектердің қасиеттеріне ұқсас.
Бірақ, егер ауыр зарядталған бөлшектерді циклотрон синхрофазотрон және ядролық бөлшектердің басқа да күшейткіштердің жылдамдығына дейін күшейтсе, онда дозалық таралуларды сәулелік терапияда қолдануға қолайлы болады. Яғни терендікте, олардың иондаушы қабілеттілігі өседі, ол Брегг шыңының пайда болуына әкеледі. Орыналасу тереңдігінде бөлшектердің энергиясына тәуелді Брегг шыңының болуы, оны патологиялық ошақпен қабаттастыруға және айналадағы органдар мен тіндерге сәулелік күшті», әсер етуін төмендетуге мүмкіншілік тудырады. Теріс зарядталған П-мезондар іші тереңдік дозалар, олардың ерекшелігі жылжу нәтижесінде олар 30 МэВ энергиясы бар альфа бөлшектердің бөлінуінің ядролық ыдырауын тудырады. Соңғылары энергияны өзгеше көлемде бөледі (радиусы 1мм) ол иондаушылық және ЭСЖ (энергияның сызықтық жоғалуы жедел өсуіне әкеледі. П-мезондарды сәулелік терапияда колдану өте перспективті болып келеді. Ауыр зарядталған бөлшектердін ерекшелігі олардың И.С.Т. (ионизацияның сызықтық тығыздығы) үшін маңызы зор. (Мысалы, альфа бөлшектері үшін 1мкм жолда 3000-4000 иондар). Бұл жағдай ісіктердің кейбір радиотөзімді түрлерін емдеу үшін қолданылады.
Нейтрондар – электр зарядтары жоқ және сәулеленетін ортаны иондамайды, бірақ олар атом ядроларымен әсерлеседі. Нейтрон негізінен тұрақсыз бөлшек, ол протонға, электронға және нейтронға ыдырайды. Бірақ сәулеленетін ортадағы ыдыраған нейтрон саны аз.
Нейтрондарды олардың энергиясы бойынша жіктейді: жылулық – 0,05мЭВ-тан төмен; баяу – 0,5ЭВ-тан төмен; аралық – 0,5 эВ-тан 20 КэВ-қа дейін, жылдам – 20 КэВ-20МэВ және аса жылдам – 20 МэВ-тан жоғары.
Нейтронның затпен араласуының 2 түрін қарастырады: жайылу (шашырау), және қармау (жұтылу). Нейтронның биологиялық молекуламен әсерлесу түрі нейтрондар энергиясымен анықталады. Баяу және жылулық нейтрондар көбіне сутегінің заттық атом ядроларымен жұтылады. Аралық нейтрондар сутегі атом ядросының серпінді шашырауына ұшырағанына байланысты протонның берілуі пайда болады. Сутегінің, көміртегінің, азоттың және оттегінің ядроларының берілуін құрайды. Атомды ядро изотопымен қармалған жылулық нейтрон оны изотоп ядросына айналдырады, ол тұрақсыз (радиоактивті) болуы мүмкін. Осы принципке нейтронды қармаушы терапия негізделінген. Оның тиімділігін жоғарылату үшін сәулеленетін патологиялық ошаққа ядросы көп мөлшерлі нейтрондарды қармайтын элемент еңгізіледі. Ондай элементтерге бор (В 10 ), литий (Li) және тағы басқа жатады. Бұл элементтер патологиялық ошақты сәулеленуге ұшырататын радиоактивті ыдырау нәтижесінде ауыр зарядталған бөлшектерді түзеді. Нейтронды қармаушы терапияның күрделі мақсаттарының бірі бордың немесе литийдің патологиялық ошаққа таңдамалы еңгізілуі. Бұл мақсатты іске асыру үшін вена иініне бураны енгізеді, ол 10-30 минуттан соң патологиялық ошақта жиналады. Дәл осы кезде сәулелендіруді жүргізу керек. Нейтронды қармаушы терапияны кең қолдануға бордың және литийдің бұлшықет тіндерінде жиналуы кедергі болуы мүмкін, сондықтан дененің ісіктерін сәулелендіруге болмайды. Көбіне нейтронды қармаушы терапия бас ми ісіктерін сәулелендіруге қолданылады.
Осы кезде биологиялық тиімділік нейтрондармен сәулеленудің аса маңызды қасиетін атап өткен жөн, ол оттегілі эффектінің мүлдем болмауы. Ісік тіндері қалыпты тіндермен салыстырғанда гипоксия жағдайында болады, себебі оттегімен қоректенуі бұзылған. Сәулелік терапияда сирек ионизациялық фотонды сәулеленуде биологиялық нәтижесі қалыпты тін ісік тініне қарағанда айқынырақ, себебі бос радикалдар саны, гипоксиялық ісік жасушаларына қарағанда әлдеқайда көп. Нейтрондармен сәулелендіргенде патологиялық және қалыпты жасушалар зақымдануында айтарлықтай ерекшелік жоқ, сондықтан ісік жасушалары бұл кезде көбірек зақымданады. Бұл құбылыс ісіктің нейтронды терапиясына қызығушылық тудырады. Жылдам нейтрондардың биологиялық орта атомдарының ядроларымен /сутегі, көміртегі, азот, оттегі/ әсерлесуі нәтижесінде, берілу ядролары пайда болады, олар сәулеленетін тіндердің атомдарын және молекулаларын ионизациялайды. Ионизация дәрежесі екіншілік бөлшектердің зарядтарының үлкен массасынан жоғары, яғни ИСТ және ЭСЖ маңызы салыстырмалы көп.
Нейтрондар көздерінің 3 түрін ажыратады; радиоактивті, арнайы генератор құрылғылары және радиоизотопты көздер.
Нейтрондардың радиоактивті көздеріне альфа сәулеленудің изотоптары және тұрақты элементтерінің қосылулары жатады, олардың ядроларынан альфа бөлшектерімен зақымдағанда нейтрондар бөлінеді. Полоний, берилий осы типтің кең тараған көзі болып табылады. Нейтрондардың орташа энергиясы 4,5-5МэВ. Нейтрондардың радиоактивті көздерінің кемшілігі: біріншіден нейтрондардың салыстырмалы аз бөлінуі (10 8-10 нейтрон бір секундта) және екіншіден, шығу көзінің үлкен көлемі, ол нейтрон ағымын концентрациялауға кедергі етеді.
Нейтрондарды қармаушы және нейтронды терапияда әр электростатикалық сызықты және зақымдалған бөлшектердің циклдық күшейткіштері кең қолданылады. Жылдамдаған зарядталған бөлшектер /электрондар, протондар, нейтрондар және т.б./ жеңіл материалды арнайы нысананы зақымдайды /дейтерий 1 2 H, тритий 1 3 H, берилий 1 3 Be және т.б./, нәтижесінде нейтрондар шығады. Одан басқа қатерлі ісіктерді сәулелендіру үшін атомды реакторларда жасалатын нейтрондарды қолданады. Бұл мақсат үшін реакторлардың арнайы каналын қолданады. Нейтронды сәулеленудің шоғырын алудағы үшін қондырғының аса күрделі кемшілігінен қолдануға мүмкіншіліктің болмауы. Осындай қондырғырларда жұмыс істеу шектелген ірі ғылыми орталықтарда жүргізіледі. Көрсетілген кемшіліктердің маңыздылығы сол, олар нейтрондардың изотопты көздеріне ие болады – бұл кезде нейтронның радиоактивті ыдырауы нәтижесінде сәулеленетін радиоактивті изотоптар пайда болады. Калифорний-252 ( 93 252 P) аса ыңғайлы изотоп болып табылады. Бұл изотопты атомды реакторларда плутонийді-239 ( 94 252 Pn) жылдам нейтрондармен сәулелендіру нәтижесінде алады. Бастапқы элементтер және калифорний-252 арасында плутоний, америций, кюрий, берилий және нейтронды көп ретті қармау реакциясы нәтижесінде алынған калифорнийдің көп санды изотоптары орналасқан. Калифорний-252 жартылай ыдырау периоды 2,58 жыл, және нейтронды (63 процент) және гамма-сәулеленуді шығарады. Нейтронның орташа энергиясы 2,34МэВ. Калифорний-252 нейтронды сәулелену көздері қуыс ішілік және тін ішілік контактілі сәулелік терапияда қолданады. Калифорний-252 жоғары активті сәулелендіргіштерден нейтрон шоғырын алуға мүмкіншілік береді, оның құрамында 2-4 мкм 98 252 Cf бір секундта 10 7 нейтрон болады.