Ионизирующие излучения и их особенности

Как уже было сказано, лучевая болезнь возникает от действия на организм ионизирующей радиации. К их числу относят лучи Рентгена, -лучи, корпускулярные излучения. Рентгеновы и гамма-лучи принадлежат к широкому диапазону электромагнитных излучений и занимают в нем крайнее место вслед за радиоволнами, инфракрасными лучами, видимым светом и ультрафиолетовыми лучами.

Все эти виды излучений различаются между собой по длине волны. Наиболее коротковолновые и наиболее высокочастотные – рентгеновы и гамма-лучи. Чем меньше длина волны и больше частота колебаний, тем больше её проникающая способность. Обычный источник рентгеновских лучей – трубка рентгеновского аппарата. В ней электроны, испускаемые при разогреве катода, ускоряются в электрическом поле, создаваемом приложенным к аноду высоким напряжением. Подлетая к атомным ядрам материала анода, электроны тормозятся, их кинетическая энергия преобразуется в энергию квантов (фотонов) рентгеновских лучей. Рентгеновское излучение очень высокой энергии получают в бетатроне – приборе для ускорения электронов. Солнце тоже источник рентгеновых лучей, но они поглощаются атмосферой.

Гамма-кванты испускаются в ходе ядерных реакций при распаде многих радиоактивных веществ. Их энергия очень велика (1330000-1160000 электронвольт). Физические свойства рентгеновых лучей и -лучей, а так же их биологическое воздействие близки.

Кроме описанных, как уже было сказано, к ионизирующим относят излучения разного рода ядерных частиц:

Бета-частицы относят к легким. Они представляют из себя электроны (или позитроны) и обладают присущими им свойствами и характеристиками. Возникают -частицы в ядрах атомов при радиоактивном распаде и тотчас же излучаются. Для каждого вида атомов постоянна только максимальная скорость -частиц.

Альфа-частицы относят к тяжелым. По своей природе это – ядра гелия и несет 2 элементарных положительных заряда.

Протоны и дейтроны – ядра легкого или тяжелого водорода, почти 4 и, соответственно, в 2 раза легче -частиц. При некоторых ядерных реакциях протоны выбрасываются из ядер атомов. Нейтроны также следует отнести к ионизирующим излучениям, а так же ядра более тяжелых элементов, чем гелий, разогнанные до больших скоростей (их основной источник – космические лучи).

В качестве источников внешнего ионизирующего излучения наибольшее значение имеют те виды ионизирующего излучения, которые обладают большой проникающей способностью: жесткие лучи Рентгена, гамма-излучение и нейтроны. Слабо про­никающие альфа-излучение и бета-излучение также могут быть внешним патогенным раздражителем при условии их воздей­ствия на поверхностные покровы организма (кожу и слизи­стые). В этом случае они вызывают главным образом различ­ные местные поражения в виде радиационных ожогов различных степеней (500-900р – эритема, 1300 – 1900р – сухой эпидермит, более 2000р – мокнущий эпидермит). Подобные повреждения возникают от мягких лучей Рентгена и от медленных нейтронов, поглощен­ных поверхностными тканями организма.

Основным действием ионизирующих излучений является процесс образования ионов, который в основном заключается в том, что под влиянием энергии облучения выбивается элек­трон из электронных оболочек атома или молекул. От потери отрицательно заряженной частицы (электрона) возникает по­ложительно заряженный ион. Оторвавшийся электрон присоединяется к другой частице. Так, например, ио­низация нейтральных молекул воды и образование одной па­ры ионов могут быть представлены в следующем виде:

+

Н₂ О – ē = Н₂ O

-

H₂ O + ē = H₂ O

Ионизированные молекулы подвергаются дальнейшим пре­вращениям. Некоторые ионизирующие излучения обладают более сложным действием. Например, нейтроны, как не имею­щие заряда, легко проходят сферу электронных оболочек и проникают внутрь атомов, вызывая различные ядерные пре­вращения вследствие столкновения с ядрами. Из этих процес­сов наибольшее значение имеет соударение нейтронов с ядра­ми водорода, ведущее к образованию так называемых прото­нов отдачи.

Быстрые нейтроны в результате многократных соударений скоро теряют значительную часть своей энергии и превра­щаются в медленные или тепловые нейтроны. Последние захва­тываются ядрами различных атомов, в результате чего обра­зуются стабильные или нестабильно (радиоактивные) изотопы. Эти процессы сопровождаются выделением альфа-, бета- и гамма-излучения.

Все радиоактивные вещества, образовавшиеся под влия­нием нейтронов, создают в организме так называемую наве­денную радиоактивность. Среди различных радиоактивных веществ, образующихся в организме, основная доля падает на изотоп натрия (₁₁Na²⁴) и изотоп фосфора (₁₅P³²).

Ионизация, создаваемая наведенной активностью, особого значения для облученного организма не имеет, так как она составляет не больше 1 % от общей ионизации, вызванной ней­тронным облучением другими путями (протонами отдачи и гамма-излучением). Кроме того, радиоактивный фосфор и нат­рий имеют сравнительно короткий период полураспада. Для натрия он равен 15 часам, а для фосфора— 14,3 дня.

Патоге­нетическое действие ионизирующих излучений прежде всего зависит от величины поглощенной организмом энергии.

В качестве единицы дозы гамма-излучения и лучей Рент­гена принята величина, выражаемая в рентгенах (р). Соот­ветствующая энергия, которая создает в 1 см³ сухого воздуха (при 0° и 760 мм давления ртутного столба) 2,08 • 10⁹ пар ионов, что составляет 0,11 эрг/см³ поглощенной энергии или 85 эрга на 1 г воздуха равна одному рентгену.

Поглощенную энергию других видов излучений обычно вы­ражают в единицах ФРЭ(физических рентген-эквивалентах). Под единицей ФРЭ понимается доза излучения, ведущая к образованию такого же количества пар ионов в единице объ­ема или веса среды, которое возникает от воздействия гамма- или рентген-излучений в дозе 1 р. Оказалось, что физически одинаковые количества погло­щенной энергии (выраженные в единицах ФРЭ) дают различ­ный биологический эффект в зависимости от вида лучистой энергии. В связи с этим необходимо знать коэффициенты от­носительной биологической эффективности (ОБЭ).