Вы в разделе: ХАРАКТЕРИСТИКА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Свойства ионизирующих излучений и их взаимодействие с веществом

Биологическое действие внешних и внутренних источников радиации обусловлено энергией, отдаваемой излучениями разных видов (а-, fl-частицами, нейтронами, 7"квантами) тканям и органам. Заряженная частица, обладающая высокой энергией, пролетая вблизи электронных оболочек атома, вырывает электроны из нейтральных атомов и молекул и образует ионы. Такой процесс называется ионизацией. Если частица пролетает на большом расстоянии от электронных оболочек и с большой скоростью, то она не может передать электрону достаточную энергию для отрыва его от атома или молекулы. В результате такого взаимодействия электрон переходит на более удаленную от ядра оболочку. Такой процесс называется возбуждением. Сильно возбужденные молекулы могут распадаться и (или) взаимодействовать с окружающими молекулами. В результате образуются радикалы—весьма активные продукты.

Для образования одной нары ионов расходуется незначительное количество энергии (около 30 эв), поэтому заряженные частицы, обладающие высокой энергией, могут образовывать на своем пути большое количество пар ионов. Таким образом, заряженные частицы различной природы и одинаковой энергии могут образовывать па своем пути одинаковое количество пар ионов. При этом плотность ионизации, т. е. число пар ионов па 1 см пути частицы в веществе, будет зависеть от плотности среды и энергии частицы. Известно, что плотность ионизации резко возрастает с уменьшением энергии частицы. Это объясняется тем, что частицы, имеющие меньшую скорость, большее время находятся вблизи электронов и имеют большую
вероятность вступить во взаимодействие с ним. В результате того, что заряженные частицы, проходя через вещество, теряют свою энергию и скорость, плотность ионизации вдоль всего пути частицы возрастает и достигает максимальной величины в конце пути. Таким образом, заряженные частицы, взаимодействуя с веществом, оставляют следы, состоящие из огромного количества пар ионов. Такие следы называются треками.

«-Частицы обладают большей массой по сравнению с р-частицами, поэтому на своем пути они создают большую плотность ионизации, след их прямолинеен и короток. Трек р-частиц, наоборот, извилист и длинен, а плотность ионизации, создаваемая ими, невелика. Так, а-частицы в воздухе на 1 см пути могут образовывать несколько десятков тысяч пар ионов, а р-частицы — всего несколько десятков. В воде а-частицы вдоль своего трека вызывают ионизацию каждой третьей молекулы, а р-частицы — только каждой тысячной.

Y-Кванты, взаимодействуя с веществом, также теряют свою энергию в результате:
1) фотоэффекта, когда у-квант полностью передает свою энергию электрону атома;
2) комптон-эффекта, когда у-квант передает электрону только часть своей энергии и изменяет направление своего движения;
3) эффекта образования пары электрон — позитрон, так называемой аннигиляции.
Сущность эффекта образования пар состоит в том, что вблизи атомного ядра может произойти исчезновение у-къшта с образованием пары из электрона и позитрона. Известно, что энергия, связанная с массой покоя электрона или позитрона, равна 0,51 Мэв, поэтому пара может быть образована у-квантом, энергия которого не меньше 1,02 Мэв.
Несколько по-иному происходит взаимодействие нейтронов с веществом. Нейтроны не обладают зарядом, а масса их намного больше массы электронов, поэтому они теряют свою энергию только при соударении с ядрами атомов.
В результате ядерных реакций образуются быстрые нейтроны, которые при соударении с ядрами атомов передают им часть своей энергии; при этом нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Нейтроны выбивают ядра из атомов; эти ядра называют ядрами отдачи.

Нейтроны хорошо поглощаются легкими веществами (парафином, водой, биологической тканью), содержащими много атомов водорода, и проходят через толщу тяжелых веществ. Если нейтроны вступают Во взаимодействие с водородсодержащими веществами, то около 90% энергии передается ядрам водорода. Эти ядра называются протонами отдачи. Медленные нейтроны могут свободно захватываться ядрами атомов, в результате образуются новые изотопы — стабильные и радиоактивные. Сам процесс захвата ядрами нейтронов сопровождается ^-излучением. В атмосферном воздухе при воздействии нейтронов космического излучения происходит образование радиоактивного углерода и трития.

Нейтроны и -у-кванты слабо взаимодействуют с веществом, поэтому они обладают большой проникающей способностью. Нейтроны могут вызывать ядерные реакции и превращать одни вещества в другие. В сложных веществах нейтроны вызывают различные химические изменения.

Суммарный эффект внутреннего облучения организма а-, р-частицами и ^-квантами (или каждым из них в отдельности) вызывает нарушения естественных химических структур организма и последующих биохимических реакций и приводит к развитию лучевой болезни. Поэтому, несмотря на разную физическую природу различных видов излучения, существует определенная общность их биологического действия. В отличие от лучевой болезни, вызванной внешним у- или рентгеновским облучением, или в отличие от отравления, вызванного химическими веществами, ранние симптомы поражении радиоактивными веществами могут полностью отсутствовать. Только воздействие очень больших доз радиоактивных веществ или комбинированное воздействие (интен-сийное внешнее облучение плюс внутреннее облучение) радиоактивными веществами, попавшими в организм, вызывает ранние клинические проявления болезни.

Действие ионизирующего излучения или радиоактивных веществ на организм зависит от количества вещества, попавшего внутрь, или от дозы внешнего облучения организма.
За единицу дозы излучения—рентген (р)—принимается такая интенсивность излучения, при которой в 1 си3 сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08 • 109 пар ионов, что соответствует поглощенной энергии 0,114 эрг/см^, или около 88 эрг на 1 г воздуха (1 г воздуха занимает объем 770 с-«3). Примерно такая же энергия поглощается и 1 г ткани, но в зависимости от плотности ткани и жесткости излучения она будет выше на 4—10% и выражается величиной 92— 97 эрг для мягких тканей и 160 эрг для костной ткани.

Для оценки поражающего действия ионизирующего излучения вычисляют поглощенную тканевую дозу. Поглощенная тканевая доза — количество энергии любого ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы облучаемой ткани за все время облучения.

Поглощенная доза для всех видов излучения выражается R радах. 1 рад равняется 100 эрг. В зависимости от энергии излучения и плотности ионизации биологическое действие поглощенной энергии будет различно. При одинаковой поглощенной дозе биологический эффект от р-частиц равен биологическому эффекту от рентгеновских лучей или у~квантов' а биологический эффект от а-частиц и протонов в 20 раз выше.
Существует понятие предельно допустимой дозы облучения (ПДД). ПДД —наибольшая доза облучения, эффективное действие которой на организм человека не вызывает в ттем в течение всей жизни необратимых соматических и генетических изменений, обнаруживаемых современными средствами исследования. Устанавливаются годовая, недельная, разовая ПДД облучения. При воздействии инкорпорированных радиоактивных веществ пользуются термином «предельно допустимое содержание» (ПДС) и «предельно допустимая концентрация» (ПДК) в организме. ПДК — предельно допустимое количество (активность) радиоактивного изотопа в единице объема или веса, поступление которого в организм не создаст в критических органах (орган, подвергающийся наибольшей опасности вследствие своей радиочувствительности или значительного облучения в связи с прсмущественным отложением в нем изотопа) или в организме в целом доз облучения, превышающих предельно допустимые.

В основе действия ионизирующих излучений па биохимические компоненты клеток лежат следующие процессы.
1. Поглощение энергии излучения веществом.
2. Образование активных свободных радикалов и ионов— превращение энергии излучения в химическую.
3. Развитие первичных радиохимических реакций после непосредственного облучения [1].
Сведения о первичных радиохимических реакциях, которые возникают в биохимических субстратах клеток, еще неполны. Показано, что первичные реакции — радиохимические реакции развиваются непосредственно после облучения организма. Свободные радикалы воды принимают активное участие в индуцировании первичных реакций в органических фазах клеток.

Основными субстратами первичных окислительных реакций являются нуклеопротеиды и биолипиды. Под действием радиации происходит изменение различных биохимических процессов в организме, в результате которых нарушаются структурные элементы тканей и клеток, что приводит к гибели тканевых элементов и подавлению активности ферментных систем, нарушению обменных процессов в организме, замедлению и прекращению роста тканей, а также к изменению химических процессов в клетках и гибели их. Всасывание продуктов клеточного распада организмом приводит к его отравлению.

Характерной особенностью биологического действия ионизирующего излучения на организм является развитие повышенной проницаемости клеток и сосудов тканей организма. При этом повышается ломкость сосудов, изменяется химический состав крови, а снижение количества тромбоцитов способствует развитию кровоточивости, что приводит к возникновению кровоизлияний.

Биологическое действие ионизирующей радиации проявляется во всех органах и клетках живого организма. Изменения в центральной и периферической нервной системе ведут к возникновению очагов повышенной возбудимости в коре и в периферических отделах нервной системы. Возникает дискорреляция между нервной системой и железами внутренней секреции.

Радиоактивные вещества при попадании внутрь организма могут вызвать специфическую картину поражения, отличающуюся от действия известных химических веществ и ядов.
Для обнаружения радиоактивных веществ в организме нужны специальные методы исследования.

Естественные радиоактивные вещества в зависимости от их химических свойств и формы соединения могут находиться в твердом, жидком и газо-

Новости

Случайные статьи