В органах и тканях биологических объектов как и в любой
среде при облучении в результате поглощения энергии идут процессы ионизации и
возбуждения атомов. Эти процессы лежат в основе биологического действия
излучений. Его мерой служит количество поглощенной в организме энергии.
В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы.
Длительность первых трех быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в течение
которых происходят различные молекулярные изменения. В четвертой медленной фазе
эти изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках,
органах и организме в целом.
Первая, физическая фаза ионизации и возбуждения атомов длится
10-13 сек. Вo второй, химико-физической фазе,протекающей
10-10 сек образуются высокоактивные в химическом отношении радикалы,
которые, взаимодействуя с различными соединениями, дают начало вторичным
радикалам, имеющим значительно большие по сравнению с первичными сроки жизни. В
третьей, химической фазе, длящейся 10-б сек, образовавшиеся радикалы,
вступают в реакции с органическими молекулами клеток, что приводит к изменению
биологических свойств молекул.
Описанные процессы первых трех фаз являются первичными и
определяют дальнейшее развитие лучевого поражения. В следующей за ними
четвертой, биологической фазе химические изменения молекул преобразуются в
клеточные изменения. Наиболее чувствительным к облучению является ядро клетки, а
наибольшие последствия вызывает повреждение ДНК, содержащей наследственную
информацию. В результате облучения в зависимости от величины поглощенной дозы
клетка гибнет или становится неполноценной в функциональном отношении. Время
протекания четвертой фазы очень различно и в зависимости от условий может
растянуться на годы или даже на всю жизнь.
Различные виды излучений характеризуются различной
биологической эффективностью, что связано с отличиями в их проникающей
способности (рисунок 3) и характером передачи энергии органам и тканям живого
объекта, состоящего в основном из легких элементов (таблица 9).
Рис. 3. Схематическое изображение
проникающей способности различных излучений.
Таблица 9.
Химический состав мягкой ткани и костей в организме человека
Элемент
Заряд, Z
Процентное отношение по;весу
Мягкая ткань
кости
Водород
1
10.2
6.4
Углерод
6
12.3
27.8
Азот
7
3.5
2.7
Кислород
8
72.9
41.0
Натрий
11
0.08
-
Магний
12
0.02
0.2
Фосфор
15
0.2
7.0
Сера
16
0.5
0.2
Калий
19
0.3
-
Кальций
20
0.007
14.7
Альфа-излучение имеет малую длину пробега частиц и
характеризуется слабой проникающей способностью. Оно не может проникнуть сквозь
кожные покровы. Пробег альфа-частиц с энергией 4 Мэв в воздухе составляет 2.5
см, а в биологической ткани лишь 31 мкм. Альфа-излучающие нуклиды представляют
большую опасность при поступлении внутрь организма через органы дыхания и
пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности.
Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег
бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани
нескольких сантиметров. Так пробег электронов с энергией 4 Мэв в воздухе
составляет 17.8 м, а в биологической ткани 2.6 см.
Гамма-излучение имеет еще более высокую проникающую
способность. Под его действием происходит облучение всего организма.
Биологический эффект от действия тепловых нейтронов в
основном обусловлен процессами
Н(n,)2H и l4N(n,p)l4C
Сечения этих реакций составляют соответственно 0.33 и 1.76 барн.
Основной эффект воздействия на биологическую ткань происходит под действием
протонов, образующихся в реакции (n,р) и теряющих всю свою энергию в месте
рождения.
Для медленных нейтронов сечения захвата нейтронов малы.
Большая часть энергии расходуется на возбуждение и расщепление молекул ткани.
Для быстрых нейтронов до 90% энергии в ткани теряется при
упругом взаимодействии. При этом решающее значение имеет рассеяние нейтронов на
протонах. Дальнейшее выделение энергии происходит в результате ионизации среды
протонами отдачи.
)2H и l4N(n,p)l4C
