133. Особенности взаимодействия с веществом альфа-, бета-, гамма-излучений и нейтронов.

Взаимодействие с в-вом α-, β-, γ-излучений

Взаимодействие -частиц с ядрами — значительно более редкий процесс, чем ионизация. При этом возможны ядерные реакции, а также рассеяние -частиц.

Бета-излучение, так же как и -излучение, вызывает ионизацию вещества. В воздухе линейная плотность ионизации -частицами может быть вычислена по формуле i = k(c/)², где k  4600 пар ионов/м, с — скорость света, a  — скорость -частиц.

В качестве одной из характеристик поглощения -излучения веществом используют слой половинного ослабления, при прохождении через который интенсивность -частиц уменьшается вдвое.

При попадании -излучения в вещество наряду с процессами, характерными для рентгеновского излучения (когерентное рассеяние, эффект Комптона, фотоэффект), возникают и такие явления, которые неспецифичны для взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. К этим процессам следует отнести образование пары электрон — позитрон, происходящее при энергии -фотона, не меньшей суммарной энергии покоя электрона и позитрона (1,02 МэВ), и фотоядерные реакции, которые возникают при взаимодействии -фотонов больших энергий с атомными ядрами. Для возникновения фотоядерной реакции необходимо, чтобы энергия -фотона была не меньше энергии связи, приходящейся на нуклон.

В результате различных процессов под действием -излучения образуются заряженные частицы; следовательно, -излучение также является ионизирующим.

Электронейтральные частицы (нейтроны, рентгеновское и -излучение), обладая высокой проникающей способностью, углубляются в ткани на значительные расстояния. Они формируют большинство ионизаций косвенным путем: фотоны рентгеновского и -излучения – за счет ускоренных электронов, а нейтроны – за счет ядер отдачи. Эти заряженные частицы в основном и осуществляют перенос энергии излучения веществу, вызывая ионизации и возбуждения атомов.

Мягкие рентгеновские лучи (до 100кэВ) поглощаются в поверхностных слоях ткани за счет фотоэффекта. Длина пробега фотоэлектронов не превышает 2 мм, поэтому биологически существенный эффект, связанный с ионизацией атомов и молекул, возникает вблизи места поглощения падающего кванта.

Жесткие рентгеновские и -лучи с энергией фотонов выше 300кэВ поглощаются в основном за счет эффекта Комптона. Максимум их поглощения лежит на глубине нескольких сантиметров.

134. Физические принципы защиты от ионизирующих из лучений. Понятие об основных биологических эффектах ионизирующих из лучений.

Под действием ионизирующих излучений происходят химические превращения вещества, получившие название радиолиза. Возможные механизмы радиолиза воды:

Н₂О  Н₂О*, Н₂О*  Н^ + ОН^

Н₂О  Н₂О^+ + е^, Н₂О^+ + Н₂О  ОН ^+ Н₃О⁺,

ОН^  ОН^ + е^ , Н₂О + е^ Н₂О' ,

О₂ + е^ О^ , О₂^ + Н⁺  НО₂^,

НО₂^+ Н^  Н₂О₂.

Наиболее реакционноспособными являются три типа радикалов (присутствие неспаренного электрона у свободных радикалов обозначается жирной точкой в верхнем правом индексе), образующихся при радиолизе воды: е^, Н^ и ОН^. Взаимодействие органических молекул RH с этими радикалами может привести к образованию радикалов органических молекул, например:

RH + ОН^  R* + Н₂О, R^ + О₂  RO^₂,

RO^₂ + RH  ROOH + R^ и т. д.

Взаимодействие молекул органических соединений непосредственно с ионизирующими излучениями может образовать возбуж­денные молекулы, ионы, радикалы и перекиси: RH  RH* R^ + H^  ..., RH  RH^+ + е^  ....

Эти высокоактивные в химическом отношении соединения будут взаимодействовать с остальными молекулами биологической системы, что приведет к повреждениям генетического аппарата, мембран, других структур клеток и, в итоге, нарушениям функций всего организма.

Значительные биологические нарушения вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии излучения.

Ионизирующее излучение действует не только на биологический объект, подвергнутый облучению, но и на последующие поколения через наследственный аппарат клеток. Это обстоятельство, а также его условное прогнозирование особо остро ставят вопрос о защите организмов от излучения.

Для биологического действия ионизирующего излучения специфичен скрытый (латентный) период. Разные части клеток по-разному чувствительны к одной и той же дозе ионизирующего излучения. Наиболее чувствительным к действию излучения является ядро клетки.

Способность к делению — наиболее уязвимая функция клетки, поэтому при облучении прежде всего поражаются растущие ткани. Это делает ионизирующее излучение особенно опасным для детского организма, включая период, когда он находится в утробе матери. Губительно действует излучение и на ткани взрослого организма, в которых происходит постоянное или периодическое деление клеток: слизистую оболочку желудка и кишечника, кро­ветворную ткань, половые клетки и т.д. Действие ионизирующего излучения на быстрорастущие ткани используют также при терапевтическом воздействии на ткани опухоли.

При больших дозах может наступить «смерть под лучом», при меньших — возникают различные заболевания (лучевая болезнь и др.).