Первинні процеси дії іонізуючих випромінювань

Основи біологічної дії іонізуючих випромінювань

Розрахунок захисту і захисні матеріали

Деякі міри захисту від зовнішнього і внутрішнього опромінення.

Первинні процеси дії іонізуючих випромінювань.

Основи біологічної дії іонізуючих випромінювань.

Біологічна дія іонізуючого випромінювання

Іонізуюче випромінювання на перший погляд зовсім не еквівалентне величині поглинутої енергії. Дійсно, летальна доза для ссавців складає близько 10 Гр (1 000 рад). Поглинута при цьому тканинами й органами енергія могла б підвищити температуру тіла всього на тисячні частки градуса. Ясно, що таке підвищення температури не може викликати настільки вираженого ефекту руйнування; у той же час безпосередньо прямі порушення в хімічних зв'язках біологічних молекул у клітинах і тканинах, що виникають слідом за опроміненням, незначні.

У зв'язку з зазначеними обставинами в даний час висувається гіпотеза про можливість існування в клітинах ланцюгових автокаталітичних реакцій, які підсилюють первинну дію опромінення. Поява в клітинах позитивних зворотних зв'язків, підтримується незалежно від існування причини їх виникнення.

Процеси взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною клітин приводять до утворення в клітинах іонізованих і збуджених атомів й молекул, які тривалий час взаємодіють між собою і з різними молекулярними системами, даючи початок хімічно активним центрам (вільні радикали, іони, іон - радикали й ін.). У цей же період можливе виникнення розривів зв'язків у молекулах як за рахунок безпосередньої взаємодії з іонізуючим агентом, так і за рахунок внутрішньої міжмолекулярної передачі енергії порушення.

Надалі мають місце реакції хімічно активних речовин з різними біологічними структурами, при яких відзначається як деструкція, так і утворення нових не властивих, для організму сполук.

Наступні етапи розвитку променевої хвороби проявляються в порушенні обміну речовин у біологічних системах із зміною відповідних функцій.

Явища, що відбуваються на початкових фізико-хімічних етапах променевого впливу, прийнято називати первинними або пусковими, оскільки саме вони визначають весь подальший хід розвитку променевих ускладнень.

При опроміненні біологічних об'єктів, які містять воду, що знаходиться частково у вільному стані, а частково входить до складу органел відповідних біологічних систем, прийнято вважати, що 50% поглиненої дози в пересічній клітині приходиться на воду, інші 50% на її органели і розчинені речовини. Відповідно до локалізації поглиненої енергії (у воді або в основній речовині) можна говорити про пряму і непряму дію іонізуючого випромінювання.

При взаємодії іонізуючого випромінювання з водою в кінцевому підсумку відбувається вибивання електронів з молекул води з утворенням так званих молекулярних іонів, що несуть позитивний і негативний заряд. Схематично цей процес можна подати в такий спосіб:

H₂O → H₂O⁺ + e ^-,

e ^- + nH₂O → e ^–_{гідрат.},

де е ^–_{гідрат.} – гідратований електрон.

В більшості випадків електрони, які виникають в першій реакції, стають гідратованими, тобто оточеними нейтральними молекулами води. Гідратований електрон є однією із головних відновних форм в опромінених водних розчинах.

Утворені іони води у свою чергу розпадаються з виникненням цілого ряду радикалів, які також взаємодіють між собою:

Вважається, що основний ефект променевого впливу на водні розчини в біологічних системах обумовлений такими радикалами, як Н⁺, ОН^- і особливо Н₃О⁺. Останній радикал, має високу окисну здатність.

Вихід цього радикала зменшується пропорційно падінню парціального тиску кисню. Цим пояснюється кисневий ефект опромінення, суть, якого полягає в тому, що при зниженні концентрації кисню в клітинах в період опромінення зменшується ефект променевого впливу. Кисневий ефект відсутній при опроміненні біологічних об’єктів нейтронами.

При опроміненні води важкими частинками іонізаційні ефекти в клітинах досить інтенсивні. Це є причиною локального сполучення радикалів з утворенням Н₂ і Н₂О₂. При опроміненні електронами й гамма-квантами води, яка міститься в клітинах спостерігається досить низька густина іонізації. Це призводить до зростання швидкості дифузії радикалів з утворенням НО₂, і О^-.

В дуже чистій воді не відбувається розкладання молекул під дією гамма-квантів і рентгенівського випромінювання. В цьому випадку спостерігається стійка рівновага швидкості дисоціації й рекомбінації.

Дата добавления: 2015-05-24