Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

Проходя через любую среду, в том числе ткани человека, все ионизирующие излучения действуют практически одинаково: все они передают свою энергию атомам этих тканей, вызывая их возбуждение и ионизацию.

Протоны и особенно альфа-частицы имеют большую массу, заряд и энергию. Поэтому они движутся в тканях прямолинейно, образуя густые скопления ионов. Иначе говоря, у них большая линейная потеря энергии в тканях. Длинна же их пробега зависит от исходной энергии частицы и характера вещества, в котором она перемещается.

Электрон в тканях имеет извилистый пробег. Это связано с его малой массой и изменчивостью своего направления под действием электрических полей атомов. Но электрон способен вырывать орбитальный электрон из системы встречного атома – производить ионизацию вещества. Образующиеся пары ионов распределены по пути следования электрона менее густо, чем в случае протонного пучка или альфа-частиц.

Быстрые нейтроны теряют свою энергию главным образом в результате столкновений с ядрами водорода. Эти ядра вырываются из атомов и сами создают в тканях короткие густые скопления ионов. После замедления нейтроны захватываются атомными ядрами, что может сопровождаться выделением гамма-квантов высокой энергии или протонов высокой энергии, которые в свою очередь дают плотные скопления ионов. Часть ядер, в частности ядра атомов натрия, фосфора, хлора, вследствие взаимодействия с нейтронами становятся радиоактивными. Поэтому после облучения человека потоком нейтронов в его теле остаются радионуклиды, являющиеся источником излучения (это явление наведенной радиоактивности).

Таким образом, в результате взаимодействия заряженных и нейтральных частиц с атомами человеческих тканей происходит ионизация вещества тканей. При этом для каждого вида излучения характерно определенное микрораспределение ионов (энергии) в тканях.

Поток фотонов ослабляется в любой среде, в том числе в биосубстрате, за счет двух факторов: рассеяния фотонов в пространстве и их взаимодействие с атомами среды. Пространственное ослабление происходит также, как ослабление лучей видимого света: чем дальше от источника, тем в большем объеме рассеиваются фотоны и тем меньше их приходится на единицу облучаемой поверхности. Интенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения (закон «обратных квадратов»).

Таким образом, при основных процессах взаимодействия тормозного и гамма-излучения с веществом часть их энергии превращается в кинетическую энергию электронов, которые производят ионизацию среды.

Процесс ионизации обуславливает биологические эффекты излучений.

Все излучения способны вызывать изменения в биологических объектах. Такое биологическое воздействие является результатом поглощения энергии излучения элементами биоструктуры.

Но энергия ультразвуковых волн и высокочастотных электромагнитных колебаний, используемых в диагностике, значительно ниже энергии, которая сопровождается механической и химической реакцией тканей. Вопрос о биологическом действии ультразвука, стабильного магнитного поля и высокочастотных радиоволн продолжает изучаться, хотя до настоящего времени не получено достоверных сведений об их вредном воздействии.

Совершенно другое действие производят ионизирующие излучения.

Первый этап биологического воздействия представляет собой физический процесс взаимодействия излучений с веществом. Все излучения сами или опосредованно вызывают возбуждение или ионизацию атомов биосистем. В результате в тканях появляются возбужденные и/или ионизированные атомы и молекулы, обладающие высокой химической активностью. Они вступают во взаимодействие друг с другом и окружающими атомами – под влиянием облучения возникает большое количество высокосвободных радикалов. Затем разворачивается уже их действие. Все биологические последствия облучения сводятся не только к клеточным и тканевым реакциям – они лишь лежат в основе сложных процессов нарушения деятельности нервной, кроветворной, эндокринной и др. систем организма.

Дата добавления: 2015-06-27