2020-04-20
319
Проходя через вещество, ионизирующее излучение передает ему энергию путем ионизации и возбуждения молекул. Прямым следствием прохождения излучения через биологическую ткань является повреждение биологически важных молекул, которое, в конечном итоге, может привести к гибели всего организма. В основе первичных радиационно-химических изменений молекул лежат два механизма:
- прямое действие излучения, при котором происходит ионизация и возбуждение биологически важных молекул, вызывающее их повреждение;
- косвенное действие излучения, при котором на первом этапе происходит ионизация и возбуждение атомов и молекул среды, вмещающей биологически важные молекулы, а на втором − энергия, запасенная в этих молекулах, передается биологически важным молекулам, вызывая их повреждение.
Особенность действия ионизирующего излучения заключается в том, что энергия, которую передает излучение веществу, не делится на сколь угодно малые порции и не распределяется равномерно по сколь угодно малым элементам облучаемого объекта подобно тому, как это происходит при передаче телу тепловой или механической энергии. Энергия ионизирующего излучения передается веществу дискретными порциями при взаимодействии заряженных частиц с атомами и молекулами. Существует вполне определенный физический порог (энергия связи электрона в атоме или молекуле), который определяет минимальное значение порции энергии, которая может быть передана веществу. Следствием прямого взаимодействия ионизирующего излучения с биологически важными молекулами является их повреждение вследствие ионизации или возбуждения.
|
|
|
Вода составляет примерно 70 – 80 % массы тела человека (в дозиметрических оценках воду часто рассматривают как приемлемую модель биологической ткани), поэтому взаимодействие излучения с водой является важным этапом косвенного действия излучения. В результате этого взаимодействия происходит ионизация молекул воды:
| Н2О ® Н2О + + е -. | (4.3) |
При взаимодействии ионизированной молекулы воды с нейтральной молекулой образуется высокореактивный радикал[33] гидроксила OH*:
Н2О + + Н2О ® Н3О + + OH*. (4.4)
Свободный электрон, образованный в реакции (4.3), передает энергию окружающим молекулам, в результате чего возникают возбужденные молекулы Н2O*, которые диссоциируют с образованием радикалов H* и OH*:
| Н2О + + е -® Н2О*® H* + OH*. | (4.5) |
В присутствии растворенного в воде кислорода образуются и другие продукты радиолиза: свободный радикал гидроперекиси 
, перекись водорода Н2О2 и атомарный кислород:
H* + О2 ® 
; 
® Н2О2 + 2О. (4.6)
|
|
|
Таким путем энергия ионизирующего излучения, переданная воде, преобразуется в химическую энергию продуктов реакций (4.4) − (4.6), которые обладают чрезвычайно высокой реакционной способностью. Они либо рекомбинируют друг с другом, либо реагируют с другими молекулами, находящимися в воде, например, повреждают биологически важные молекулы. В этом состоит косвенное действие ионизирующего излучения.
В первом приближении за число ионизаций, возникающих в биологической ткани под действием излучения, можно принять число ионизаций, которые при тех же условиях возникают при облучении воды. На образование одной пары ионов в воде необходимо около 13 эВ (2,1×10-18 Дж), поэтому облучение с дозой 10 Гр приводит к образованию примерно 4,8×1018 пар ионов в 1 кг воды при том, что общее число молекул воды в таком объеме равно 3,3×1025. Таким образом, результатом взаимодействия ионизирующего излучения с биологической тканью является существенное изменение свойств относительно небольшого числа молекул облученного вещества - их ионизация или возбуждение. Такое воздействие может привести к существенным изменениям в структуре и свойствах биологически важных молекул. Несмотря на относительно малое число таких первичных повреждений, их может оказаться достаточно для возникновения детектируемого биологического эффекта.
