Этапы действия и.и

Действие и.и. на биологические объекты можно разделить на несколько этапов:

- физический, - физико-химический, - биохимический, ранние биоэффекты, отдаленные биологические эффекты.

1.1.Физический (начальный) этап – длится 10^-16-10^-13с.

К и.и. относятся: пучки элементарных частиц, ядер, ионов, а также ЭМИ (рентгеновское и g-излучение радиоактивных элементов), а также тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество заряженных частиц.

Большинство из них имеют заряд: b-частицы (электроны, позитроны), протоны (ядра атома водорода), a-частицы (ядра атома Не), а также различные ионы.

Но: Есть и нейтральные частицы – нейтроны. Они не могут участвовать в процессах, зависящих от электрического заряда. Однако, нейтроны, взаимодействующие с ядрами вызывают испускание протонов и g-квантов. Поскольку нейтроны и ЭМИ не участвуют непосредственно в ионизации атомов и молекул, то их называют косвенно ионизирующими.

При прохождении через вещество заряженные частицы теряют свою Е, вызывая возбуждение и ионизацию встречающихся на их пути атомов. Этот процесс продолжается до тех пор, пока общий запас Е частиц не становится настолько малым, что они утрачивают свою ионизирующую способность.

Если это (е), то он захватывается каким-либо атомом с образованием отрицательного иона. Кроме этого, в поле положительного заряженного ядра b-частица резко тормозится и теряет при этом часть своей энергии – Эта энергия (Е) излучается в виде тормозного рентгеновского излучения.

Р.и., g-изл., торм. излуч. – отличаются друг от друга происхождением и имеют свой диапазон Е, хотя границы диапазонов обычно не определены, т.е. условны.

Основными процессами, сопровождающими прохождение фотонного (ЭМИ) излучения через вещество являются:

а)фотоэффект; б)Комптон-эффект; в)рождение позитрон-электронной пары.

а) фотоэффект (взаимодействие с веществом ЭМИ с малой Е) – это процесс при котором атом полностью поглощает g-квант с энергией h_n и испускает е(электрон) с кин. энергией Е_е= h_n-u_i, где u_i - энергия связи электрона на i-той оболочке, h_n- энергия g-кванта.

б) Комптон-эффект – это процесс при котором g-квант, взаимодействуя с электроном, передает ему часть своей энергии и рассеивается под некоторым углом, а электрон покидает атом с КЭ: Е_е= h_n-u_i- h_n^/, где h_n^/- энергия g-кванта после частицы.

в) рождение позитрон-электронной пары – это процесс при котором g-квант вблизи ядра превращается в пару частиц- электрон и позитрон, которые приобретают соответствующие КЭ: Е_е и Е_р.

Таким образом: при прохождении и.и. через вещество происходит ионизация или возбуждение (на один акт ионизации происходит несколько актов возбуждения) атомов и молекул вещества либо непосредственно заряженных частиц (a,b), либо опосредовано через взаимодействие атомов вещества с вторичными заряженными частицами (возн. в сложных процессах).

Однако: Деструктивное действие радиации нельзя объяснить только ионизацией и возбуждением атомов и молекул. поскольку его энергия по тепловому эффекту очень мала: так смертельная доза 10Гр=1000рад на все тело, но ей соответствует тепловая энергия, которая позволяет нагреть тело человека на 0,001⁰С, что соответствует употреблению 1чашке горячего чая.

h_n . Е_е Е_е h_n^/

Е_е рис.6.1. а) Е_е= h_n-u_i; б)Е_е= h_n-u_i- h_n^/; в) h_n=Е_е + Е_р.

Е_р .

Не может объяснить действие радиации и непосредственная ионизация атомов, поскольку при дозах облучения организма, которые вызывают значительные его повреждения и даже его гибель, относительное количество возникающих ионов незначительно.

Пример: Однократное облучение дозой 6Гр для человека соответствует образованию приблизительно 10¹⁵ионов/см³ ткани, что в пересчете на ионизацию молекул воды составляет дополнительно 1 пару ионов на 10млн. молекул воды, что значительно ниже естественного уровня ионизованности воды в организме. Þ Биологическое действие и.и подразумевает существование др. этапов, значительно усиливающих первоначальное воздействие излучения на физическом этапе.

6.1.2.Физико-химический этап – длится 10^-10с – часы

Любой радиобиологический эффект, начинается с взаимодействия и.и. с биологическими молекулами, в результате которого происходит инактивация макромолекул, т.е. их биологические функции частично или полностью утрачиваются.

В основе инактивации молекул лежит прямой и косвенный механизмы действия радиации.