Новый необъяснимый эффект северного сияния. Протонная дуга
Протонные полярные сияния. Полярные сияния
Протонные полярные сияния
Особо выделяют полярные сияния, которые вызываются протонами. Их свойства во многом отличаются от рассмотренных выше форм электронных полярных сияний.
Когда пучок высокоэнергичных протонов входит в атмосферу, их энергия постепенно уменьшается вследствие неупругих столкновений, при которых происходит ионизация и возбуждение молекул и атомов атмосферных газов. В некоторых ионизационных процессах протон может захватить свободный электрон и таким образом превратиться в нейтральный атом водорода. Этот процесс называется перезарядкой. Атом водорода может возникать или в основном пли в каком-либо возбужденном состоянии.
Когда возбужденный атом водорода переходит в основное или метастабильное состояние 2S, в результате нескольких каскадных переходов, его излучение возможно в линиях серии Бальмера α(3—2) и β(4—2), а также с длинами волн Нα 6563 Å и Нβ 4861 Å.
Некоторые особенности протонных (водородных) полярных сияний вызваны особым характером движения протонов — атомов водорода. Первоначальный протон в своем движении направляется силовыми линиями геомагнитного поля. Когда протон превращается в атом водорода, его движение больше не ограничивается магнитным полем и он может далеко уйти от направления движения первоначального протона. Затем атом водорода при столкновении с другой частицей вновь теряет свой электрон (т. е. ионизуется) и превращается в протон. Снова его движение направляется магнитным полем.
Протоны и атомы водорода испытывают большое число столкновений, сопровождающихся перезарядкой, прежде чем растратят полностью свою энергию и затормозятся. Меняется и состав пучка протонов — атомов водорода по мере его проникновения в атмосферу.
Поскольку излучающие атомы водорода движутся с достаточно большой скоростью, то длина волны их излучения несколько изменяется вследствие эффекта Доплера. Напомним, что сам эффект состоит в том, что если источник волн приближается к наблюдателю (или удаляется от него), то последний регистрирует уменьшение (или увеличение) длины волны по сравнению с длиной волны того же излучателя, когда он неподвижен.
Таким образом, при движении атомов водорода к Земле спектральные линии, регистрируемые с земной поверхности, будут смещены в сторону более коротких длин волн. Для примера скажем, что линия Нβ 4861 Å обычно смещается примерно на 5 Å. Это смещение измеряется, и информация используется для определения параметров пучка протонов — атомов водорода.
По мере своего продвижения в глубь атмосферы пучок протонов — атомов водорода постепенно расползается за счет выхода из-под контроля магнитным полем атомов водорода. Происходит своего рода диффузия поперек пучка. Но когда частицы попадают в более плотные слои атмосферы, то величина этой диффузии быстро уменьшается.
Процесс перезарядки состоит из ряда процессов, которые можно записать в виде
H+ + M →→ H(nl) + M+,
где n и l — орбитальное и азимутальное квантовое число соответственно. Реакции имеют различные эффективные сечения σ10(nl) для захвата электрона на разные уровни nl.
Возбуждение может происходить при непосредственном столкновении атомов водорода в основном состоянии с атомами и молекулами атмосферных газов (M):
H(10) + M → H(nl) + M
или
Н(10) + М → Н(nl) + М+ + е
с эффективным сечением σ10(nl).
При вторжении пучка протонов — атомов водорода реакции
H + N2 → H + N+2 + е, H + N2 → H+ + N+2 + 2е
играют столь же важную роль, как и реакции
H+ + N2 → H+ + N+2 + e, H+ + N2 → H + N+2.
На один акт ионизации теряется энергия около 36 эВ независимо от первоначальной энергии ионизующей частицы. Вторичные электроны имеют энергию, достаточную для того, чтобы также давать вклад в ионизацию и возбуждение. Этот процесс более эффективен при более низких энергиях.
Тот факт, что энергичные протоны, вторгающиеся в верхнюю атмосферу и являющиеся причиной протонных (водородных) полярных сияний, часть своего пути двигаются как нейтральные атомы водорода, влияет на расположение тех областей, где видны протонные сияния. Свободные от влияния магнитного поля Земли ядра водорода, имея относительно большие скорости протонов, способны проникнуть в те области, куда протоны, нанизанные на силовые линии, не могли бы проникнуть. Это значит, что мы не вправе соединять области свечения вдоль геомагнитных силовых линий с областями магнитосферы, откуда должны поступать заряженные частицы, вызывающие сияния. Это можно делать в случае электронных сияний, так как электроны движутся все время вдоль силовых линий. Протоны же благодаря своему периодическому превращению в атомы водорода на время освобождаются от влияния магнитного поля Земли. Вследствие этого области, где наблюдаются протонные полярные сияния, очень протяженны.
В дополуночное время обычно интенсивные водородные эмиссии наблюдаются в более низких широтах, чем электронные полярные сияния. Области водородной эмиссии не отображают мест первоначального вторжения протонов: они создаются разлетающимися во все стороны нейтральными атомами водорода после первой же перезарядки вторгающихся протонов.
Эмиссия водорода более интенсивна в низкоширотной области, чем в высокоширотной. Этот факт можно объяснить тем, что большинство протонов движутся под большими углами к геомагнитным силовым линиям, т. е. под большими питч-углами. В этом случае из-за наклона геомагнитной силовой линии относительно вертикали наибольшее число атомов водорода поглотятся в низкоширотной области. Атомы же водорода, разлетающиеся в сторону высоких широт, будут убегать из атмосферы в околоземное пространство.
Водородная эмиссия не появляется в областях наиболее интенсивных электронных полярных сияний с подвижными лучистыми образованиями. Как правило, интенсивная водородная эмиссия отмечается в зоне полярных сияний во время спокойных геомагнитных условий. Нет оснований считать, что она является предшественницей геомагнитных бурь и суббурь. Однако в области более низких широт водородная эмиссия наблюдается только во время магнитных бурь, хотя ее интенсивность и не бывает там столь большой, как в зоне полярных сияний.
Самая обычная форма протонных полярных сияний — довольно широкая дуга, вытянутая в направлении с востока на запад. Протонная дуга очень широка в направлении с севера на юг (от 3 до 10° или от 300 до 1000 км). Интенсивные линии водорода часто видны в диффузных пятнах, но отсутствуют в более или менее дискретных формах.
Взаимосвязь между протонными и электронными сияниями весьма сложна. В некоторых случаях сияния представляют собой чисто протонную дугу. В других случаях они, по-видимому, являются результатом совместных протонных и электронных вторжений. Происходит уменьшение интенсивности линии водорода, когда полярное сияние становится активным. По наблюдениям в Антарктиде (70° S геомагнитной широты) излучение линии Нα всегда предшествует излучению полос первой положительной системы в фазе распада.
Мы описывали овал полярных сияний, который был построен по данным об электронных сияниях. Делались попытки получить такой же овал по данным о протонных полярных сияниях. При этом выяснилось, что появление и интенсивность линий водорода связаны с ориентированной на Солнце геомагнитной системой координат. Однако построить такой овал оказалось трудно из-за недостаточности однородного наблюдательного материала. Была получена овальная водородная зона с центром приблизительно в 25° от геомагнитного полюса на дневной стороне, сильно смещенная к полюсу на ночной стороне. Данные измерений на спутниках потоков протонов находятся в приемлемом согласии с этим построением. Вместе с тем они свидетельствуют о двойном пике на дневной стороне, указывающем на то, что две части овала, расположенные на вечерней и утренней сторонах, не пересекаются или что овал расщепляется. Результаты наземных измерений в Антарктиде на ночной стороне также согласуются с этой картиной.
Изучение спектрограммы линий Нα за период 1964—1965 гг. показало, что центр овала протонного сияния находится на несколько градусов ближе к экватору по сравнению с электронным овалом (отдельные сияния) до полуночи, и они пересекаются несколько ближе к полюсу после 1 ч местного геомагнитного времени.
Средние зоны вторжения протонов и электронов значительно перекрываются. С усилением магнитной активности водородная зона распространяется к экватору и намного увеличивается в максимуме интенсивности. Выше геомагнитной широты 70° интенсивность водородных эмиссий слабо зависит от геомагнитной активности. При низком уровне последней интенсивность линии водорода довольно симметрична относительно геомагнитной полуночи. При высоком уровне активности имеется максимум интенсивности, сильнее смещенный к экватору до полуночи.
По наблюдениям в Антарктиде за 1967 г. было установлено, что протонные полярные сияния по сравнению с сильными отдельными электронными сияниями всегда возникают ближе к экватору. Однако в утреннее время этот эффект в отличие от вечернего проявляется менее отчетливо. Протонное сияние ближе к электронному в утренние часы, нежели в полночь.
Видимо протяженность овала протонных сияний несколько меньше, чем электронных, при увеличении магнитной активности.
Изучение протонных сияний позволяет получать информацию о характеристиках вторгающихся протонов. Она хорошо дополняет данные о потоках протонов, полученных с помощью ракет и спутников.
Потоки протонов, которые вызывают протонные полярные сияния, имеют величину около 107 см-2с-1, а иногда доходят до 108 см-2с-1. Один протон излучает несколько фотонов в зависимости от энергии. При этом типичная интенсивность излучения линии Нβ имеет величину 100 рэлей. Энергия протонов составляет 1—100 кэВ. Источником этих протонов является солнечный ветер.
Расчеты показали, что для характерной энергии между 5 и 50 кэВ максимум свечения приходится на диапазон высот примерно от 130 до 100 км и вертикальная полуширина составляет от 60 до 20 км. Высотное распределение водородных эмиссий довольно трудно измерять с Земли. В большинстве случаев водородная эмиссия простирается на несколько сотен километров в направлении север—юг и на тысячи километров в направлении геомагнитной параллели. Следовательно, во всех случаях для определения высотного распределения с достаточно высокой точностью необходимо использовать тщательно разработанный метод параллактических измерений при помощи сканирующих фотометров.
Допплеровское смещение длины волны излучения атомов водорода происходит за счет движения самих излучающих атомов. Поэтому величина этого смещения содержит информацию о характере движения протонов (их скорости, т. е. энергии и распределения их по питч-углам). Правда, в настоящее время такому систематическому изучению мешает отсутствие в достаточном количестве экспериментальных данных. Но регулярные наблюдения профилей линий водорода могут дать информацию о пространственных и временных изменениях этих характеристик движения протонов.
Если линии Нα и Нβ смещены соответственно на 22 и 16 Å, то допплеровская скорость равна 1000 км/с. Профили слабо меняются от одного сияния к другому.
Данные, полученные с помощью ИСЗ, говорят о том, что распределение по питч-углам протонов зависит от широты.
Профили линий водорода в магнитном зените указывают на существование излучения с длинноволновой стороны несмещенной линии. Это излучение обусловлено атомами водорода, которые движутся вверх от наблюдателя. Они имеют компоненту энергии, параллельной магнитному полю, около 1—3 кэВ. Было предположено, что простое смещение обусловлено протонами, отраженными в магнитной зеркальной точке. Но для этого необходимо, чтобы распределение по питч-углам для протонов низких энергий имело максимум вблизи 70—90° и было приблизительно изотропным для меньших углов. В настоящее время это пока еще экспериментально не подтверждено.
librolife.ru
Новый необъяснимый эффект северного сияния
Ученые-любители обнаружили в районе северного сияния яркую вспышку фиолетового света. Энтузиасты предположили, что это «протонная дуга», однако профессионалы не согласились с ними, и назвали обнаруженный эффект… «Стивом».
Сегодня ученые-любители играют не последнюю роль в науке. Например, на сайте Aurorasaurus огромное количество людей обсуждает северное сияние. А энтузиасты делятся там своими наблюдениями и иногда делают удивительные открытия.
На одной из своих недавних встреч профессор Эрик Донован из Университета Калгари познакомился с группой ученых-любителей, у которых есть свое сообщество на Facebook. Среди них есть и профессиональные фотографы-любители полярного сияния. Посмотрев на сделанные ими снимки, Донован заинтересовался их открытием — длинным шлейфом фиолетового цвета. Группа назвала его «протонной дугой». Однако Донован полагает, что это нечто другое, объясняя свое мнение тем, что протоны авроры невидимы человеческому глазу.
Никто пока не смог объяснить, что это такое, поэтому шлейф просто назвали «Стив» — это отсылка к мультфильму «Лесная братва»: один из героев именовал так каждое непонятное ему явление.
Донован начал собственное наблюдение над авророй. Вскоре ему удалось собрать данные со спутника, который пролетел над «Стивом».
«Как только спутник пролетел мимо «Стива», данные электрического поля показали явные изменения. Температура в радиусе 300 км от Земли подскочила до 3000 °C. Устройство показало, что с западной стороны газовый шлейф длиной 25 км двигался со скоростью 6 км\ч, в то время как с противоположной стороны его скорость составила 10 м/с», — рассказывает профессор.
По мнению Донована, «Стив» — достаточно обычное явление, которые ученые раньше не выделяли в отдельную от полярного сияния категорию.
«В 1997 году у нас была всего одна камера всего неба, с помощью которой мы наблюдали за полярным сиянием», — рассказывает профессор Донован. — «Тогда для нас было большой удачей, если мы получали один снимок авроры за ночь наблюдений. Сейчас астрономы получают по 100 снимков».
Исследовательская группа Swarm Европейского космического агентства тоже обнаружила «Стива» и сейчас пытается изучить природу этого явления. Астрономы подчеркивают, что это удивительный и красивый природный феномен, который, несомненно может вызвать интерес профессионального сообщества.
www.popmech.ru
НОВЕЙШИЙ МЕТОД лечения рака - ПРОТОННАЯ ТЕРАПИЯ
Протонная терапия хорошо зарекомендовала себя в лечении некоторых типов опухолей. Проведенные исследования подтверждают меньшее число побочных эффектов протонной терапии по сравнению с традиционной лучевой терапией. Но пока что таких исследований, которые напрямую сравнивали бы протонную терапию и традиционную лучевую терапию проведено мало. Поэтому остается неясным долгосрочный эффект протонной терапии и ее способность увеличивать выживаемость пациентов.
Протонная терапия - это современный тип лучевой терапии, которая применяется в лечении опухолей. Отличительной особенностью протонной терапии является то, что в ней используется энергия положительно заряженных частиц - протонов.
Показания к протонной терапии
В лечении некоторых форм раковых и доброкачественных опухолей применяется протонная терапия. Она может применяться в качестве монотерапии, то есть без других методов лечения. Но так же, протонная терапия может сочетаться с другими видами лечения: хирургическим лечением и химиотерапией.
Протонная терапия применяется в лечении некоторых заболеваний, таких как:
- Опухоли головного мозга
- Опухоли спинного мозга
- Опухоли в области основания черепа
- Рак в области головы и шеи
- Рак гипофиза
- Рак легких
- Рак печени
- Рак простаты
- Меланома глаза
- Рак у детей
Как показали клинические исследования, протонная терапия может применяться и в лечении других опухолей:
- Саркома мягких тканей
- Лимфома
- Рак молочной железы
- Рак пищевода
- Рак шейки матки
- Рак поджелудочной железы
- Рак мочевого пузыря
Возможные осложнения
Побочные эффекты могут быть связаны с гибелью раковых клеток, или с поражением здоровых тканей. По сравнению с традиционной лучевой терапией, протонная терапия обладает меньшим количеством побочных эффектов. Это обусловлено лучшим контролем испускаемой энергии радиации. При протонной терапии побочные эффекты зависят от области облучения.
Среди побочных эффектов протонной терапии можно отметить следующие:
- Раздражение кожных покровов
- Выпадение волос на облучаемой части тела
- Покраснение кожи в области облучения
- Утомляемость
Подготовка к протонной терапии
Перед проведением протонной терапии врачи определяют точку, в которую будут направлены лучи радиации. Для этого используются такие же методики визуализации, как и в других случаях (МРТ, КТ).
Определение положения пациента во время курса протонной терапии
Для точного попаания лучей радиации в область опухоли, с помощью компьютерной томографии определяются точки, в которые будут направлены лучи. Чтобы во время сеанса пациент случайно не двинулся, он фиксируется, так как при изменении положения лучи попадут не на опухоль, а на здоровые ткани.
Сеанс протонной терапии
Как и многие другие методы наружной лучевой терапии, протонная терапия, проводится пять дней в неделю. Один сеанс облучения в среднем длится до 20 минут. Весь курс занимает несколько недель. В некоторых случаях может потребоваться лишь один или несколько сеансов облучения.
Вокруг пациента во время сеанса протонной терапии движется специальный аппарат - ускоритель частиц. Во время такого движения происходит облучение опухоли с разных углов. Это позволяет уменьшить дозу радиации попадающую на здоровые ткани, в то время как опухоль получает большую дозу радиации.
В некоторых случаях аппарат фиксирован для облучения одной области тела пациента. В таком случае двигается столик, на котором фиксирован пациент, в зависимости от необходимого облучения.
После проведения протонной терапии
Пациент после сеанса облучения может спокойно идти домой, или, при необходимости, оставаться в клинике.
Со временем могут проявиться побочные эффекты протонной терапии. После нескольких сеансов может ощущаться усталость, а в области облучения - раздражение кожи.
www.rusmedserv.com
Солнце. Протон-протонная цепочка.
Подробно:
Знания-сила
Схема этого процесса изображена на рисунке. Два протона сталкиваются друг с другом и сливаются. При этом вылетают позитрон и нейтрино. Образовавшееся ядро состоит уже из одного протона и одного нейтрона. Это ядро имеет такой же заряд, как и ядро водорода, но оно в два раза тяжелее. Такой изотоп тяжёлого водорода называют дейтерием. Если ядро водорода столкнется с ядром дейтерия, то они объединяются в атом гелия, который состоит из двух протонов и одного нейтрона. Такое ядро гелия не является «пра́вильным» гелием. Это - лёгкий изотоп Не3. Заряд его ядра совпадает с зарядом ядра гелия, а массовое число на единицу меньше. Если теперь два таких ядра «легкого» гелия столкнутся друг с другом, то при этом образуются «пра́вильное» ядро гелия и два протона. В этой цепи реакций тоже происходит в конечном счете объединение четырех протонов с образованием одного ядра гелия.
Реакции протон-протонной цепо́чки начинаются со столкновения двух протонов, а заканчивается эта цепочка тоже образованием двух протонов. Поэтому у неё есть и другое название - водородный цикл.
• Какой же из двух процессов протекает в недрах звезд: углеродный цикл или протон-протонная цепочка? При достаточно высоких температурах в звёздах могут протекать оба процесса. При температуре 10 миллионов градусов происходят в основном реакции протон-протонной цепо́чки. Если температура существенно выше, то будет преобладать выделение энергии за счёт углеродного цикла. Реакции протон-протонной цепо́чки были, по всей видимости, особенно важны при образовании первых звёзд, возникших в нашей Вселенной, во время так называемого Большого взрыва, образовались только я́дра водорода и гелия. Поэтому в первых звездах не было элементов-катализаторов, необходимых для работы углеродного цикла. Следовательно, их существование должно было поддерживаться за счет реакций протон-протонной цепо́чки. Я́дра углерода возникли в недрах звезд позже из ядер гелия. Этот процесс мы сейчас и рассмотрим.
Только после образования ядер углерода в последующих поколениях звёзд появились элементы-катализаторы, которые необходимы для реакций углеродного цикла.
Здесь показано, как два ядра водорода сталкиваются и образуют ядро дейтерия.
Для осуществления цикла реакций с участием углерода, о которых шла речь в предыдущем разделе, требуется некоторое количество углерода или азота. При этом сами атомы углерода или азота не участвуют в превращениях, они служат как бы «оболочкой», в которой с течением времени я́дра водорода постепенно сливаются в я́дра гелия. Однако в 1938 году Ганс Бете и Чарльз Кричфилд показали, что образование гелия из водорода может происходить и без участия углерода или азота.
Здесь показано, как ядро дейтерия и ядро водорода объединяются в ядро изотопа гелия. При столкновении двух ядер этого изотопа гелия образуется нормальный гелий с массовым числом 4.
Возникновение более тяжелых элементов
Что происходит в звезде, когда весь водород превратится в гелий? Эдвин Сальпетер, из Корнельского университета в США, показал, как гелий может превращаться в углерод. Вообще говоря, для этого превращения достаточно трех ядер гелия. Если эти я́дра объединятся, то возникнет ядро углерода с массовым числом 12. Однако одновременное столкновение трёх ядер гелия практически невероятно. Более вероятен процесс, который идёт в две стадии (см. рис.). При этом вначале объединяются два ядра гелия и образуется ядро элемента бериллия с массовым числом 8. Этот изотоп бериллия радиоактивен. Возникшее ядро бериллия существует чрезвычайно короткое время, которое даже трудно себе представить. Спустя несколько десятимиллионных частей одной миллиардной доли секунды это ядро снова распадается на два ядра гелия, из которых оно возникло. Но если за этот короткий промежуток времени ядро изотопа бериллия столкнется с третьим атомом гелия, то возникнет устойчивое ядро углерода. Я́дра изотопа Be8 распадаются значительно чаще, чем происходят их столкновения с третьим атомом гелия. Однако в звёздном веществе с температурой 100 миллионов градусов такие превращения происходят настолько часто, что освобождающаяся энергия может поддерживать постоянную температуру звезды и её излучение.
Превращение гелия в углерод
Превращение гелия в углерод
Два ядра гелия сливаются с образованием чрезвычайно радиоактивного ядра бериллия, которое очень скоро снова распадется на два ядра гелия. Ядро изотопа бериллия превращается в ядро углерода (с испусканием кванта света) только в том случае, если за короткое время жизни изотопа Be произойдет его столкновение с ещё одним ядром гелия.
Что происходит дальше? При ещё более высоких температурах могут объединяться атомы углерода. После объединения они распадаются разными способами на я́дра таких элементов, как магний, натрий, неон и кислород. Атомы кислорода могут объединяться с образованием ядер серы и фосфора. Так образуются всё более тяжелые атомные я́дра. Возникает вопрос, могут ли в недрах звёзд постепенно образовываться из водорода и гелия все химические элементы? Теория развития звёзд утверждает, что нет.
Примечание автора сайта:Оказывается, в природе превращения элементов заканчиваются на железе. Мы уже знаем, что чем тяжелее элемент, получающийся в результате термоядерной реакции, тем ниже выделяемая энергия. Когда превращения доходят до желе́за, ядерный реактор звезды останавливается. При слиянии ядра желе́за с ядрами других элементов, имеющихся в звезде, энергия уже не выделяется: наоборот, для этого требуется дополнительная энергия. И напротив, чтобы расколоть ядро желе́за, требуется затратить энергию. Причина этого заключается в одном из свойств атомных ядер. Я́дра тяжелых элементов (например, урана) при делении выделяют энергию, а в результате деления появляются я́дра, масса которых близка к атомной массе более легкого желе́за. При соединении легких элементов выделяется энергия, и в результате получаются я́дра, масса которых ближе к массе тяжелого желе́за. Только из ядер желе́за нельзя получить энергию ни путем деления, ни путем синтеза. Вопрос об образовании химических элементов будет рассматриваться нами в разделе "Звезды".
znaniya-sila.narod.ru
ПРОТОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — Большая Медицинская Энциклопедия
ПРОТОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — ионизирующее излучение, состоящее из тяжелых заряженных частиц — протонов. П. и. используют в физических и радиобиологических исследованиях, применяют для лучевой терапии, в диагностических целях, а также для производства радиоактивных нуклидов.
Протон — стабильная элементарная частица с положительным электрическим зарядом, равным заряду электрона, и массой, превышающей массу электрона примерно в 1840 раз. Поэтому протон относится к так наз. тяжелым частицам. Протоны вместе с нейтронами (см. Нейтронное излучение) образуют ядра атомов всех хим. элементов. В связи с этим их называют также нуклонами, т. е. ядерными частицами. Протон является ядром самого легкого и наиболее распространенного в природе изотопа водорода. В результате ионизации (см.) атом водорода, теряя свой единственный электрон, превращается в протон. Протоны имеются и в составе первичной компоненты космического излучения (см.).
Генерируют П. и., ионизируя водород, ускоряя и собирая с помощью электрических и магнитных полей образующиеся при этом протоны. В протонных ускорителях (см. Ускорители заряженных частиц) получают пучки протонов с энергиями от 50 до 1000 Мэв для мед. целей и от 15 до 70 Мэв — для производства радионуклидов.
Рис. 1. Схема медицинского протонного комплекса физического ускорителя: 1 — протонный ускоритель, 2 — выведенный протонный пучок, 3 — тормозитель, 4 — поворотный магнит, 5 — магнитные фокусирующие линзы, 6 — вакуумный тракт, 7 — аппаратура для формирования и измерения пучка, 8 — стенд для облучения больного, 9 — защитные барьеры; I — зона протонного ускорителя, II — физико-техническая зона, III — медико-биологическая зона. Для мед.-биол, целей обычно используют протонные пучки, создаваемые на крупных физических ускорителях. Выведенный из ускорителя пучок протонов с помощью поворотных магнитов, изменяющих его направление, и магнитных линз очищают от посторонних частиц и квантов и по вакуумному тракту направляют в процедурное помещение, оборудованное юстировочной и контрольно-измерительной аппаратурой, специализированным мед. стендом и средствами автоматического управления облучением (рис. 1). В случае необходимости значительно снизить энергию выведенного из ускорителя пучка перед поворотным магнитом ставят тормозитель. С помощью поворотного магнита пучок протонов можно направлять по нескольким вакуумным трактам в различные процедурные помещения.- На выходе протонного тракта формируют узкий (с площадью поперечного сечения до нескольких квадратных сантиметров) или широкий (порядка 10— 102 см2) пучок в соответствии с формой и размерами подлежащей облучению мишени (см. Протонная терапия).
Проходя через вещество, протоны участвуют во всех видах элементарных взаимодействий. Они ионизируют молекулы и атомы, рассеиваются на ядрах. При достаточно высокой энергии протоны могут проникать внутрь ядер атомов и приводить к ядерным реакциям, в результате которых появляются вторичные частицы (нейтроны, альфа-частицы, фотоны и др.), а также искусственные радиоактивные нуклиды. При энергиях 102—103 Мэв протоны слабо рассеиваются и движутся почти прямолинейно, теряя свою энергию преимущественно на ионизацию. При облучении биол, тканей протонами с энергиями 200—1000 Мэв наведенная активность от ядерных взаимодействий невелика, и ее вклад в поглощенную дозу практически несуществен.
В отличие от фотонов рентгеновского и гамма-излучения, протоны имеют определенный пробег в данном веществе, зависящий от его плотности и элементного состава, а также от энергии П. и. В конце пробега потеря энергии (см. Линейная передача энергии) на ионизацию резко возрастает.
Это объясняется тем, что в начале пробега в веществе высокоэнергетические протоны теряют в элементарных актах ионизации энергию, очень малую по сравнению с имеющимся у них запасом. Поэтому их ионизационная способность меняется с глубиной незначительно до тех пор, пока суммарная потеря энергии не приведет к значительному уменьшению скорости частиц. Тогда повышается вероятность ионизации атомов, с к-рыми встречаются протоны на своем пути, и это приводит к резкому росту линейной потери энергии. Кривая распределения поглощенной энергии протонов по глубине имеет резкий максимум в конце пробега — кривая Брэгга (см. Ионизирующие излучения) . Для протонного пучка характерно незначительное боковое рассеяние.
Рис. 2. Кривая распределения поглощенной дозы вдоль оси параллельного протонного пучка с энергией 130 Мэв (кривая Брэгга) в воде: 1 — для моноэнергетического пучка; 2 — для пучка, сформированного с помощью гребенчатого фильтра. По оси абсцисс — пробег протонов в сантиметрах, по оси ординат — процентная поглощенная доза. 
Рис. 3. Схема ротационного сканирующего облучения протонным пучком опухоли пищевода: 1 — протонный пучок, 2 — основной коллиматор, 3 — чистовой коллиматор, 4 — тормозитель переменной толщины, 5 — гребенчатый фильтр, формирующий ширину пика Брэгга, 6 — внутриполостной детектор, введенный в пищевод, 7 — ротационный стенд; X, У, Z, а — направления, по которым автоматически перемещается кресло с больным по командам управляющей облучением электронно-вычислительной машины. Благодаря этим свойствам П. и., в облучаемом теле можно получать высокий градиент дозы в конце пробега и на границах поля облучения, что особенно выгодно для предохранения здоровых тканей, окружающих мишень, от лучевого повреждения. Зону пика Брэгга можно легко перемещать в теле больного по глубине для ее совмещения с подлежащей облучению мишенью. Этого достигают, изменяя энергию протонного пучка или толщину дополнительного тормозите ля, помещенного на пути пучка. С помощью специально подбираемых формирующих (так наз. гребенчатых) фильтров можно менять и форму кривой Брэгга, расширяя область ее максимума в соответствии с размером мишени (рис. 2). Изменяя положение больного во время облучения и регулируя толщину тормозите ля так, чтобы пик Брэгга все время оказывался в опухоли, обеспечивают более низкую поглощенную дозу в окружающих тканях. При облучении больших опухолей, кроме того, перемещают больного вдоль оси ротации, поочередно подставляя под пучок разные участки мишени. Управляют таким ротационно-сканирующим облучением (рис. 3) с помощью ЭВМ.
В узких пучках протонов пик Брэгга выражен слабо, поэтому их чаще используют в режиме облучения «напролет», когда пик Брэгга оказывается за пределами облучаемого тела.
Радиобиологически П. и. практически мало отличается от фотонных излучений. Значение относительной биологической эффективности (см.) П. и. высоких энергий, полученное в эксперименте по облучению различных объектов с использованием разных критериев, составляет 1— 1,2. При облучении аноксичных тканей действие протонов практически не отличается от действия фотонных излучений (см. Кислородный эффект).
В проектах мед.-биол, комплексов, создаваемых на базе реконструируемых и новых физических ускорителей, предусматривают вывод нескольких специализированных пучков протонов (горизонтальных, вертикальных) для радиобиол. исследований, лучевой терапии, а также для протонографических исследований в диагностических целях.
См. также Ионизирующие излучения.
Библиография: Гольдин Л.Л. и др. Применение тяжелых заряженных частиц в медицине, Усп. физ. наук, т. 110, в. 1, с. 77, 1973, библиогр.; Использование протонных пучков в лучевой терапии, Труды 1-го Международного семинара, в. 1—3, М., 1979; Munzenrider J. D., Shipley W. U. a. Ver-hey L. J. Future prospects of radiation therapy with protons, Sem. Oncol., v. 8, p. 110, 1981, bibliogr.; Raju M. R. Heavy particle radiotherapy, N. Y. a. o., 1980.
М. Ш. Вайнберг, Б. В. Астрахан.
xn--90aw5c.xn--c1avg
Особенности протонной терапии опухолей
Информационная онкологическая служба // Методы лечения рака // Особенности протонной терапии
Протонная терапия: что происходит за кулисами
Системы для проведения протонной терапии имеют громадные размеры. Некоторые из них длиной превышают футбольное поле, а высотой – три этажа. Однако основная часть устройств монтируется внутри технических помещений и скрыта от глаз пациента, который заходит лишь в процедурный кабинет.
Теперь, когда вы немного знаете о научных аспектах терапии протонным пучком, вам, скорее всего, интересно узнать о том, а что же происходит «за кулисами». Системы для проведения протонной терапии имеют громадные размеры. Некоторые из них длиной превышают футбольное поле, а высотой – три этажа.
Однако основная часть устройств монтируется внутри технических помещений и скрыта от глаз пациента, который заходит лишь в процедурный кабинет. Представленные фотографии позволяют взглянуть изнутри на систему для протонной терапии.
Все начинается с циклотрона, который также называется ускорителем заряженных частиц. В процессе электролиза происходит выделение атомов водорода из воды. Из каждого атома водорода выделяется положительно заряженный протон, который направляется в циклотрон. С помощью электромагнитных полей циклотрон разгоняет протоны до 2/3 скорости света, что происходит за доли секунды.
После этого протонный пучок попадает из циклотрона в систему модуляции энергии, которая «подгоняет» энергию пучка под необходимые для лечения каждого конкретного пациента параметры. Это позволяет обслуживать пациентов в процедурном кабинете.
Затем ускоренный пучок протонов по системе транспортировки попадает в конкретный процедурный кабинет. По ходу линии транспортировки находятся электромагниты, которые направляют ход пучка, помогая ему огибать углы, до процедурного кабинета.
Система транспортировки пучка, которая связывает циклотрон с лечебными кабинетами, может достигать длины футбольного поля. Некоторые процедурные комнаты построены внутри гентри. Гентри представляет собой массивное сферическое устройство, в котором размещается оборудование для непосредственного облучения пациента с помощью протонного пучка.
Гентри имеет высоту три этажа и размещается внутри массивного цементного кожуха. Вход в процедурный кабинет для пациента находится на втором этаже лечебного корпуса. Гентри обеспечивает воздействие протонного пучка на тело пациента под любыми углами. Лечения пациента фиксированным пучком применения гентри не требует, поскольку в этом случае положение пучка в ходе сеанса не меняется.
Подобно традиционной радиотерапии, во время сеанса лечения пациент располагается на кушетке. В некоторых аппаратах кушетка может перемещаться, что обеспечивает прицельную доставку протонного пучка.
Типы пучков
Для направления пучка и придания ему определенной формы используются различные устройства, что обеспечивает поступление к мишени четко определенной дозы излучения. В настоящее время используется три системы доставки протонного пучка: пассивное рассеивание, равномерное сканирование и сканирование узким («карандашным») пучком.
При пассивном сканировании для улавливания тонкого пучка лучей и его расширения с целью соответствия параметрам опухоли используется устройство под названием модулятор (или модулирующий диск).
Для дальнейшей модификации формы пучка применяется коллиматор и компенсатор. Коллиматор используется для придания формы пучку, выходящему из сопла, и обычно выполняется из меди или латуни. Компенсатор, изготовленный из акрила или воска, формирует дистальные края или форму пучка на конце пути, что обеспечивает его более или менее глубокое проникновение в ткани опухоли. Данные устройства изготавливаются индивидуально для каждого пациента на этапе планирования.
К недостаткам технологии пассивного сканирования относится необходимость индивидуализированного изготовления устройств для каждого пациента, сложности при утилизации данных приспособлений, которые могут сохранять радиоактивность после использования, и сдвиг дозы излучения к переднему краю пучка, то есть по направлению к коже, что увеличивает ненужное облучение здоровых тканей (показано как розовая области кнаружи от опухоли: очерчено черной линией выше, на Рисунке 6).
Вторым методом доставки является технология сканирующего пучка. Выделяют два вида сканирующих пучков: универсальное сканирование и сканирование узким «карандашным» пучком. При универсальном сканировании для направления широкого пучка через поле облучения используются магниты.
Данная методика сканирования требует применения коллиматоров, которые придают пучку форму. Второй метод сканирования совсем недавно был одобрен в США и носит название сканирование узким (карандашным) пучком. Для упрощения понимания данной методики можно представить себе, что пучок «закрашивает» опухоль подобно тонкому карандашу, который движется взад и вперед.
Подобная методика позволяет воздействовать на опухоли сложной формы и различной толщины, а находящиеся на сопле магниты направляют пучок таким образом, что отпадает необходимость использования компенсатора и коллиматора. Основным недостатком данного подхода служит большая продолжительность сеанса, по сравнению с методикой пассивного сканирования. Так как сканирующий пучок должен обладать чрезвычайной точностью хода, то особые сложности возникают при движении органа-мишени. Любое движение (дыхание, сокращение стенок кишечника, наполнение мочевого пузыря и др.) приводит к едва ощутимым сдвигам внутренних органов, что критично даже для столь короткого периода воздействия излучения на организм.
Данные смещения влияют на дозу, которую получает опухоль, что приходится учитывать при проведении расчетов на этапе планирования с целью профилактики недостаточного облучения новообразования. В некоторых центрах протонная терапия совмещается с технологией, которая используется при радиотерапии с модулированной интенсивностью (РТМИ). Данная методика носит название протонной терапии с модулированной интенсивностью (ПТМИ) и обеспечивает более точное распределение дозы.
onco.me
Ускорители для терапии и диагностикиИонизирующие излучения широко используются как для диагностики, так и для терапии, особенно в онкологии. Первой стала применяться терапия рентгеновскими и гамма-квантами (кобальтовая пушка). На рис. 1 для примера показана кобальтовая пушка, в которой имеется 201 источник 60Со, с помощью которых создается такое же количество пучков гамма-квантов. Они все фокусируются на опухоль.
Постепенно кобальтовые пушки все больше заменяют бетатроны, а в последнее время микротроны и линейные ускорители . Эти ускорители работают в двух режимах: в режиме вывода пучка электронов для электронной терапии (небольшой ток пучка) и в режиме генерирования тормозного γ-излучения для гамма терапии (большой ток пучка). Микротроны компактны и относительно дешевы. Для протонной и ионной терапии используются циклотроны, синхротроны, реже − линейные ускорители.
Основной мишенью при действии радиации на клетки являются молекулы ДНК. Молекула ДНК в ядрах человеческих клеток имеет вид двойной спирали. При повреждении ДНК происходит нарушение клеточного деления − митоза . Однако если повреждена только одна из спиралей ДНК, молекула может быть восстановлена. Если произошел разрыв обеих её спиралей, то клетка не может восстановить ДНК и погибает. Основная задача лучевой терапии − повреждать спирали ДНК раковых клеток, лишая их возможности к делению, и приводя их к гибели − аптозу. При взаимодействии ионизирующего излучения с тканью образуется большое число вторичных электронов с энергией от 1 до20 эВ. Воздействие электронов с такими энергиями может приводить к разрыву одной или обеих спиралей молекулы ДНК. Наряду с прямыми повреждениями молекулы ДНК за счет ионизации возможно косвенное поражение структуры ДНК за счет образования под действием радиации химически агрессивных свободных радикалов, в основном продуктов радиолиза воды. Повреждающее действие ионизирующего излучения усиливает кислород (кислородный эффект). Для излучений с небольшими удельными потерями, так называемые редкоионизирующие излучения (рентген, γ-кванты, электроны), повышение концентрации кислорода в среде от 0 до 30-40% приблизительно втрое увеличивает поражающее действие. Основной эффект ионизирующего излучения электронов, рентгена и гамма-квантов − генерация свободных радикалов, в частности реактивных форм кислорода, которые и повреждают ДНК. При взаимодействии плотноионизирующих излучений, например тяжелых ионов, на клетки тканей плотность ионизации выше, соответственно радиационное повреждение молекулы ДНК более глубокое, что проиллюстрировано на рис. 2. При воздействии плотноионизирующих излучений на клетки тканей, находящихся в кислородной среде, повреждающий эффект от концентрации кислорода зависит слабо или вообще не зависит. Гамма и электронная терапия
Тормозное излучение в электронных ускорителях возникает при взаимодействии электронного пучка с конвертором из материала с большим Z. Пучок фотонов формируется коллиматором, расположенным за конвертором. Так как мощность дозы в сечении пучка неоднородна, устанавливаются выравнивающие фильтры. Максимальная энергия электронов в медицинских ускорителях обычно < 45 МэВ. При взаимодействии с телом облучаемого из-за вылета вторичных электронов из поверхностных слоев, максимум поглощенной дозы смещен вглубь на расстояние, которое зависит от энергии электронов в ускорителе (рис. 3). Например, для тормозного излучения с максимальной энергией 30 МэВ поглощенная доза максимальна на глубине ~5 см (ρ = 1 г/см3). В то время как для гамма-излучения 60Co (Еγ = 1.17 и 1.33 МэВ) всего при глубине 6 мм. К сожалению даже выбрав энергию так, чтобы максимум поглощенной дозы приходился на опухоль, здоровые ткани тоже будут облучаться. Для того, чтобы снизить неблагоприятный эффект от облучения здоровых тканей, облучение проводят с разных направлений, используют сложные коллиматоры для ограничения поперечного сечения пучка в различных проекциях, модулируют интенсивность облучения.
Электроны используются для терапии поверхностных опухолей, а также для интраоперационной лучевой терапии. При интраоперационной лучевой терапии облучаются ложе глубинной злокачественной опухоли сразу после ее удаления во время хирургической операции, когда доступ к нему открыт. Распределение поглощённой дозы электронов имеет довольно широкий максимум с крутым спадом в конце пробега (см. рис 4). Глубина проникновения электронов пропорциональна их энергии и может регулироваться. За границей максимального пробега электрона ткани обычно получают лишь небольшую дозу за счет вторичного тормозного излучения. Пучок электронов из ускорителя коллимируется. Кроме того, непосредственно около тела пациента устанавливают аппликатор, состоящий из набора диафрагм из материалов с малым атомным номером, чтобы уменьшить тормозное излучение. Самые совершенные линейные ускорители электронов оснащаются так называемыми многолепестковыми коллиматорами. Наличие подвижных узких лепестков (экранов) позволяют блокировать определенную часть пучка. Положение лепестков меняется в процессе вращения пучка, что позволяет создать максимальное падение дозы на границе опухоли и окружающей здоровой ткани. Кроме того, современные установки позволяют во время сеанса осуществлять облучение с различной интенсивностью (интенсивно-модулированная радиотерапия − ИМРТ). Управление облучением осуществляется с помощью компьютера. Кроме того, в современных продвинутых установках облучение контролируют и корректируют по изображениям, получаемым с помощью компьютерной томографии или др. методов. Нейтронная терапияНейтроны непосредственно ионизацию не производят. Они рассеиваются на ядрах, передавая им энергию, а также вызывают ядерные реакции. Ядра отдачи, протоны отдачи и другие продукты реакций создают в веществе высокую плотность ионизации. Повреждения ДНК при этом более существенные и вероятность ее регенерации ДНК небольшая. Кроме того, при облучении нейтронами заметно меньше кислородный эффект. Нейтронная терапия является перспективным методом лечения больных с радиорезистентными опухолями (опухоли головы и шеи, саркомы мягких тканей, некоторые формы опухолей головного мозга и др.). Для нейтронной терапии используют терапевтические каналы ядерных реакторов, нейтронные генераторы. Для терапии быстрыми нейтронами применяются сильноточные циклотроны (ток пучка 15 - 60 мкА, энергия протонов 42 - 66 МэВ). Разновидностью нейтронной терапии является нейтронозахватная терапия Нейтронозахватная терапияДо последнего времени в нетронозахватной терапии в основном используется 10В, у которого большое сечение захвата тепловыми нейтронами (3838 бн) (Бор-нейтронозахватная терапия). В этом методе в кровь человека вводится фармпрепарат − борсодержащий раствор, например борфенилаланин. В результате применения борфенилаланина концентрация бора в раковых клетках оказывается в 3-4 раза больших, чем в здоровых клетках. Стоит задача создать препарат способный обеспечить разницу концентраций 10В в больных и здоровых клетках до 8–10 раз. Препарат, кроме того, можно точечно доставить в опухоль, обколов ее. В раковых клетках клетках бор накапливается в бóльших концентрациях, чем в здоровых. В результате облучения нейтронами, образуется возбужденное состояние 11*В, которое быстро (за 10 с) распадается на 7 Li и альфа-частицу (см. рис. 5) Рис. 5. Схема реакции 10В(n,α)7Li. Образующиеся ионы 4Не2+ и 7Li3+ быстро тормозятся (пробег их в ткани составляет ~7 и ~ 5 мкм соответственно ). Поскольку размер клетки ~10 мкм, ~ 80% энергии реакции выделяется именно в той клетке, в которой содержалось ядро бора, поглотившее нейтрон. Использование тепловых нейтронов (энергия < 5 кэВ) ограничивается их слабой проникающей способностью, что позволяет их использовать для обработки опухолей с глубиной залегания < 2 см. Для обработки опухолей с большей глубиной залегания (3-6 см), необходимо использовать нейтроны с несколько большими энергиями, так называемые эпитепловые нейтроны. В нейтроннозахватной терапии используются как реакторы, так и ускорители. На рис. 6 показан тандем в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. Нейтроны образуются в литиевой мишени в результате реакции 7Be . Оптимальный режим работы реализуется при энергии протонов 1.915 МэВ (на 34 кэВ выше порога реакции). При этом, генерируется хорошо коллимируемый вперед пучок нейтронов со средней энергией 30 кэВ
По сравнению с 10В, заметно бóльшим сечением захвата нейтронов обладают изотопы гадолиния (155Gd − 60900 бн, 157Gd − 255000 бн). Однако, для его использования в нейтроннозахватной терапии необходимо решить задачи, в частности связанные с химической токсичность гадолиния и с необходимостью удержания его внутри опухоли. Протонная и ионная терапия
Преимуществом ионной терапии по сравнению с гамма, электронной и нейтронной терапиями является то, что основные потери энергии происходят на последних миллиметрах пробега иона, перед остановкой (брэгговский пик) (см. рис. 7 ). Глубина пика Брэгга зависит от начальной энергии частицы, а его ширина − от разброса энергии пучка. Таким образом, варьируя энергию ионов, можно добиться чтобы максимальное энерговыделения происходило по все глубине опухоли с минимальным ущербом для здоровой ткани. Максимальная глубина проникновения частиц ограничивается 30 см, что соответствует энергии протонов ~ 250 МэВ. а для более тяжелых ионов энергия должна составлять несколько сотен МэВ/нуклон. В протонной и ионной терапии в основном используют циклотроны и синхротроны. Линейные ускорители используются реже. Циклотроны работают на фиксированной энергии. Их преимуществами являются являются простота и надежность в эксплуатации. Токи пучка циклотронов намного превышают потребность терапии и является достаточным для других применений, например, производств а радионуклидов. Недостатком циклотронов является то, что энергию приходится варьировать с помощью поглотителей, помещенных на пути пучка, при этом происходит уширение энергетического распределения, которое приходится уменьшать дополнительным анализом по импульсам. На синхротроне энергию можно варьировать от одного цикла до другого небольшими порциями, так что деградации энергетического распределения не возникает. Но синхротроны сложнее и они дороже. На большой глубине проникновения начинают сказываться эффекты, связанные с многократным рассеянием пучка первичных ионов, что ведет к уширению пучка и разбросу длин пробегов. Так, при прохождении в воде расстояния 25 см пучок протонов с энергией ~ 200 МэВ и начальным диаметром 4 мм расширяется в конце пробега до 25 мм в диаметре. По сравнению с протонами лучшими характеристиками для терапии обладают более тяжелые ионы. Они рассеиваются хуже, например, для пучка ионов углерода действие этого эффекта слабее в 4 раза, а ширина брэгговского пика также примерно в 4 раза уже. Отношение дозы в брэгговском пике и на плато у них выше. Кроме того, благодаря высокой степени ионизации, создаваемой тяжелыми ионами перед их остановкой, поражение клеток происходит независимо от того, какова в них концентрация кислорода. Тяжелые ионы поражают внутренних, более бедных кислородом части опухоли столь же эффективно, как и ее периферию. Недостатком тяжелых ионов является то, что из-за фрагментации тяжелых ионов на осколки, длина пробега которых больше, чем у первичного иона, возрастает доза, которую получают здоровые ткани, расположенные за опухолью. Блоки протонной и ионной терапии снабжаются одним или более так называемых гантри (рис. 8): больших механических конструкций, которые позволяют вращение пучка вокруг пациента, для того, чтобы пучок точно попадал на опухоль при любом угле облучения, как это делается и в обычной радиотерапии.
Антипротоны и отрицательные пионы для терапииДополнительные преимущества в радиотерапии может дать использование пучков π−-мезонов и антипротонов. Однако это по-видимому дело будущего. Остановившийся в веществе π−-мезон захватывается атомным ядром и вызывает его распад на несколько фрагментов с малым пробегом и большой удельной ионизацией.
Что касается антипротонов, то у них удельные потери энергии и радиобиологическое действие практически такие же как и у протонов. Различия начинаются в области брэгговского пика. По сравнению с протонами антипротоны испытывают аннигиляцию, ~ 95% которой происходит при их остановке, при этом выделяется энергия около 2 ГэВ. Бóльшая часть выделяющейся энергии получают 4-5 высокоэнергетичных пиона. π0-мезоны быстро распадаются на гамма-кванты с энергиями около 70–300 МэВ. Высокоэнергетичные заряженные пионы уходят из области аннигиляции, не нанося заметных радиационных повреждений окружающим тканям. Однако заряженные пионы могут также вызывать в ядрах внутриядерные каскады, в результате которых ядра фрагментируются. Пробег заряженных ядерных фрагментов мал и они оставляют свою энергию в непосредственной близости к точке аннигиляции. В результате антипротоны по сравнению с протонами в области брегговского пика оставляют заметно бóльшую энергию. Более того, ядерные фрагменты имеют повышенное радиобиологического действие из-за большого коэффициента качества. Синхротронное излучение в медицинеИспользование синхротронного излучения в диагностике − новое направление в ядерной медицине. Наиболее продвинутое направление в этой области − трансвенозная коронарная ангиография (получение изображения коронарных артерий) с помощью синхротронного излучения. В этом методе через вену вводят йодосодержащее контрастное вещество. Из синхротронного излучения выделяют два пучка фотонов: один с энергией выше, а другой − ниже К-края спектра поглощения йода (33.17 кэВ), на котором резко увеличивается сечение поглощения фотонов. Эти пучки пересекаются в области сердца. Изображения от двух пучков регистрируются одновременно двухканальным детектором. Затем из одного изображения вычитается другое и получается контрастное изображение сосудов на фоне окружающих тканей. По сравнению с синхротронным излучением обычные рентгеновские пучки не обеспечивают достаточную интенсивность, необходимую для визуализации быстро движущихся объектов таких как сердце. С помощью синхротронного излучения сканирование может быть осуществлено очень быстро.
Аналогичный метод применяется для визуализации бронхов (бронхография). Здесь в качестве контрастного агента используется газовая смесь ксенона (80% ксенона, 20% кислорода). (К-край ксенона 34.56 кэВ) Малая угловая расходимость синхротронного излучения позволяет для получения изображения использовать рефракцию или рассеяние фотонов на границах объектов с разной плотностью. Это позволяет обнаруживать опухоли малых размеров и с малым изменением плотности. Использование двух фотонных пучков с различными энергиями (например, 40 и 100 кэВ) позволяет в получаемых изображениях определять концентрации легких и средних по атомному весу элементов и с хорошей точностью определять массу костного минерала.
|
|
Рис. 9. Аннигиляция антипротона в теле человека. Образуются пионы, гамма-кванты и ядерные фрагменты.
nuclphys.sinp.msu.ru
