Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине

Ускорителем называют устройство, в котором под дей­ствием электрических и магнитных полей формируется пу­чок заряженных частиц высокой энергии.

Различают линейные и циклические ускорители.

В линейных ускорителях час­тицы движутся по прямолинейной траек­тории, в циклических — по окружности или спирали.

Наиболее известным циклическим ус­корителем является циклотрон), в котором под действием магнит­ного поля индукции В, за­ряженная частица движется по окруж­ностям. Магнитное поле обеспечивает вращение час­тицы по окружности, а электрическое поле — изменение ее кине­тической энергии. Источник частиц находится вблизи центра циклотрона, пучок ускоренных частиц вылетает из циклотрона после ускорения. Циклотрон способен ускорять протоны до 20—25 МэВ.

Бетатрон. В отличие от других цикличе­ских ускорителей в нем электрическое поле не подается от внеш­них источников, а создается при изменении магнитного поля (яв­ление электромагнитной индукции). Получаемый в нем поток быстрых электронов направляется на мишень, на которой при их торможении возникает поток жесткого рентгеновского излучения. Электрон удерживается на орбите магнитным полем (сила Ло­ренца) и ускоряется электрическим. Бетатроны способны ускорять электроны до десятков мега­электронвольт.

Ускорители заряженных частиц применяют как средство лучевой терапии в двух основных направлениях.

Во-первых, используют тормозное рентгеновское излучение, возникающее при торможении электронов, ускоренных бетатро­ном. Использование тормозного излучения оказывается более эф­фективным, чем гамма-терапия.

Во-вторых, используют прямое действие ускоренных частиц: электронов, протонов. Электроны ускоряются бетатроном, а про­тонный пучок получают от других ускорителей. Заряженные частицы, в том числе и протоны, наиболь­шую ионизацию производят перед остановкой, поэтому при попа­дании пучка протонов в биологический объект извне наибольшее воздействие будет оказано не на поверхностные слои, а на опухо­левые ткани, которые расположены в глубине организма. В этом основная выгода применения заряженных частиц для лучевой те­рапии глубинных опухолей. Поверхностные слои в этом случае повреждаются минимально.

Малое рассеяние протонов позволяет формировать узкие пуч­ки и, таким образом, очень точно воздействовать на опухоль. На­ряду с лечебным применением ускорителей в последние годы от­крылись возможности использования их в диагностике. Здесь можно указать две области.

Одна —ионная медицинская радиография. Суть метода заклю­чается в следующем: пробег тяжелых заряженных частиц (а-частицы, протоны) зависит от плотности вещества. Поэтому если ре­гистрировать поток частиц до и после прохождения объекта, то можно получить сведения о средней плотности вещества.

Таким образом, так же как и при рентгенографии, возможно различать структуры большей и меньшей плотности. Преимуще­ство у этого метода перед рентгенографией — более низкая кон­трастность, что позволяет лучше различать структуру мягких тка­ней.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 798; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!