Радіаційно-хімічні процеси в опроміненій клітині

1. Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною.

2. Перетворення молекул унаслідок опромінення

3. Молекулярні порушення клітини та їх наслідки. Радіаційно-хімічні пошкодження ДНК. Основні типи пошкоджень ДНК. Однониткові та двониткові розриви молекули ДНК. Хромосомні аберації. Радіаційно-хімічні перетворення основ ДНК, амінокислот, вуглеводів, ліпідів, вітамінів.

4. Механізми формування геномних та точкових мутацій.

5. Характеристика шляхів і механізмів пострадіаційного відновлення організму

1. Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною

Взаємодія хвильового іонізуючого випромінювання з речовиною супроводжується передаванням енергії випромінювання атомам і молекулам, із чим пов’язані іонізація та збудження електронів у атомах і молекулах. Процес передавання енергії електромагнітного випромінювання − рентгенівських променів або -фотонів (енергетичний діапазон – 50 кеВ – 3 МеВ) здійснюється, головним чином, за трьома механізмами: фотоелектричного ефекту, непружного співударяння (Комптон-ефект) й утворення позитронно-електронних пар.

Фотоелектричний ефект полягає в передаванні всієї енергії фотона електрону речовини. Внаслідок цієї взаємодії енергія фотона витрачається на відрив електрона з відповідної електронної орбіталі атома або молекули й передавання електрону залишку енергії фотона. Якщо енергію зв’язку електрона позначити W, а передану йому енергію Е_kin, то енергія - фотона становитиме:

Електрони, які виникають унаслідок фотоелектричного ефекту, називають фотоелектронами. Вони можуть вилучатися не тільки із зовнішніх орбіталей атома, а й із «глибоких». Вільні електрони не підпадають фотоелектричному ефекту.

За аналогією з механічним процесом пружного співударяння фотоелектричний ефект називають також пружним співударянням.

Імовірність передавання енергії за механізмом пружного співударяння залежить від енергії - фотонів або рентгенівських променів. Фотоелектричний ефект властивий фотонам з низькими енергіями і вірогідність його зменшується при зростанні енергії.

Комптон-ефект (комптонівське розсіювання). Розсіювання фотонного випромінювання є наслідком взаємодії фотонів та електронних оболонок атомів. Здійснюється розсіювання фотонів за двома механізмами: когерентного розсіювання, за якого фотон не передає своєї кінетичної енергії електрону, але змінює напрям свого руху, й некогерентного розсіювання, що називається Комптон-ефектом, або непружним співударянням, за якого фотони передають частину енергії електронам атома.

Передавання енергії іонізуючого випромінювання атомам і молекулам може здійснюватися розсіюванням короткохвильового електромагнітного випромінювання, рентгенівських променів та гамма-випромінювання на вільних або слабко зв’язаних електронах.

Утворення електронно-позитронних пар – процес перетворення - кванта (фотона) на дві частинки: електрона і позитрона, повна кінетична енергія яких майже дорівнює енергії фотона. Це спостерігається при енергії фотона більше 1 МеВ і стає переважним видом взаємодії при зростанні енергії фотонного випромінювання.

Наприклад, для алюмінію в інтервалі енергій 0,3 і 3 МеВ ослаблення майже повністю пов’язано з комптонівським розсіюванням, а для свинцю - в інтервалі від 3 до 5 МеВ в однаковій мірі мають місце всі три процеси.

При взаємодії - частинок з речовиною їх енергія витрачається на збудження та іонізацію атомів середовища. Ці процеси відбуваються в результаті непружних зіткнень з орбітальними електронами. Дуже рідко - частинки можуть потрапляти у ядро, викликаючи ядерну реакцію. Кількість пар іонів, утворених на одиницю шляху пробігу, залежить від глибини проникнення та енергії - частинок.

При взаємодії - частинок з речовиною мають місце пружні та непружні взаємодії. Пружні взаємодії полягають у тому, що сума кінетичних енергій взаємодіючих частинок залишається незмінною. При непружній взаємодії частка енергії передається утвореним частинкам чи квантам. Таким чином, при взаємодії - частинок з речовиною спостерігається іонізація, збудження атомів та ядер а також гальмівне випромінювання.

При взаємодії нейтронного випромінювання з речовиною енергія передається зарядженим частинкам, які витрачають її на іонізацію (непряма іонізація нейтронами).