Протонное излучение — это излучение, состоящее из потока протонов (см. Атом). Протонное излучение — основная составная часть космического излучения (см.). В земных условиях в ускорителях заряженных частиц (см.) получают протоны различных энергий. Будучи положительно заряженными частицами, протоны при прохождении через вещество взаимодействуют с отрицательно заряженными электронами атомов и вырывают их с электронных оболочек. В результате этого происходит ионизация (см. Излучения ионизирующие) атомов вещества. Плотность ионизации протонами резко возрастает в конце пробега частиц. Благодаря этому свойству протоны удобно использовать в лучевой терапии (см. Протонная терапия) для избирательного облучения глубоко залегающих опухолей (например, гипофиза). Протоны высоких энергий имеют малый угол рассеяния, что также способствует локализации дозы в одном месте. Протоны высоких энергий, преодолевающие кулоновское отталкивание, попадают в ядро и вызывают различные ядерные реакции, в результате которых образуются вторичные излучения — нейтронное, гамма-излучение и др. В связи с этим при облучении вещества протонами высоких энергий ионизация среды происходит не только за счет первичных протонов; но и за счет вторичных излучений. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете доз, создаваемых протонным излучением.
Протонное излучение — это поток положительно заряженных ядерных частиц — протонов. Впервые протонное излучение обнаружено в 1886 г. в виде так называемых каналовых лучей в разрядных трубках.
Источниками интенсивного протонного излучения являются ускорители заряженных частиц (см.). При помощи ускорителей получены пучки протонного излучения с энергией в десятки миллиардов электрон-вольт. Еще большие энергии протонного излучения встречаются в космическом пространстве. Протонное излучение является основной компонентой галактического и солнечного космических излучений. Интенсивные потоки протонного излучения обнаружены в околоземном пространстве — в так называемых радиационных поясах Земли.
Способность протонного излучения проникать через слои вещества зависит от энергии пучка протонов (см.) и свойств вещества. Протонное излучение с энергией 10 Мэв способно пройти слой воздуха (при нормальной температуре и давлении) около 1 м. При увеличении энергии протонного излучения до 1000 Мэв толщина слоя возрастает почти до 3 км.
В тяжелых веществах протонное излучение задерживается более тонкими слоями. Так, в свинце протонное излучение с энергией 10 Мэв проходит около 1/3 мм, а с энергией 1000 Мэв — несколько менее 60 см. Протонное излучение с энергией выше 100 Мэв способно проникать в тело на глубину до 10 см и более. Биологическое действие протонного излучения с энергией в сотни мегаэлектрон-вольт при остром облучении в общем аналогично действию рентгеновского и гамма-излучений.
Вместе с тем биологическое действие протонов таких энергий имеет некоторые особенности по сравнению с рентгеновским и гамма-излучением (менее отчетливая реакция со стороны органов кроветворения в ранние сроки, большая выраженность геморрагического синдрома и др.). При сравнительно небольших энергиях биологическая эффективность протонного излучения выше, чем рентгеновского и гамма-излучений. Это связано с более высокой ионизирующей способностью таких протонов. В отличие от рентгеновского и гамма-излучений, протоны, проходя через биологическую ткань, способны производить ядерные реакции. В результате ядерных реакций образуются вторичные частицы, обладающие высокой ионизирующей способностью, что приводит к поглощению в малом объеме ткани относительно большого количества энергии и к соответствующим локальным поражениям ткани. Этим обстоятельством может быть обусловлено большее бластомогенное действие протонного излучения по сравнению с рентгеновскими и гамма-излучениями.
Для защиты от протонного излучения используют вещества, эффективно тормозящие протоны и образующие относительно мало вторичных частиц при ядерных взаимодействиях (графит, бетон, алюминий и др.). См. также Ядерные реакции.