Понятие об ионизирующем излучении (ИИ)

Радиобиология (лат. radio – излучать) – наука о действии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества. Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого с атомами и молекулами среды, приводит к образованию ионов различных знаков. К ионизирующим излучениям относят: a-, b-излучения, протонное, нейтронное излучение, а также различные виды фотонного излучения (рентгеновское, тормозное, характеристическое, γ-излучение); не относят к числу ионизирующих излучений инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолет.

Энергия ионизирующих излучений всегда превышает энергию межмолекулярных и внутримолекулярных связей, поэтому в природе не существует объектов, не подверженных действию ионизирующих излучений.

Объектами изучения радиобиологии являются лучевые реакции биологических объектов всех уровней организации: макромолекул, фагов, вирусов, простейших, клеток, тканей и органов, многоклеточных растительных и животных организмов, человека, популяций, биоценозов, биосферы в целом. Основной задачей радиобиологии является вскрытие общих закономерностей биологического ответа на ионизирующее воздействие.

Основными направлениями радиобиологии являются:

- исследование лучевых реакций биологических объектов всех уровней организации;

- познание причин различной радиочувствительности организмов;

- поиск путей и средств защиты организмов от действия ионизирующих излучений;

- познание механизмов и разработка средств и способов пострадиационного

восстановления организмов;

- оценка опасности повышения уровня радиации в окружающей среде;

- поиск путей и методов использования ионизирующих излучений в медицине, сельском

хозяйстве и промышленности.

Особенностью действия ионизирующих излучений на живые объекты является резкое несоответствие между ничтожной величиной энергии, поглощенной биологическим объектом, и крайней степенью выраженности биологического эффекта, вплоть до летального исхода. Это несоответствие Н.В. Тимофеевым-Ресовским было названо основным радиобиологическим парадоксом.

Так, независимо от вида ионизирующего излучения, тотальное облучение в дозе 10Гр является абсолютно смертельным для всех млекопитающих. Если условно перевести эту энергию в тепловую, то окажется, что организм человека нагреется лишь на 0.001°С, т.е. меньше, чем от стакана выпитого горячего чая.

Любой живой объект может быть убит ионизирующим излучением.

Однако дозы, приводящие к гибели (летальные дозы) различаются в очень широких пределах. Каждому биологическому виду свойственна собственная мера чувствительности к действию ионизирующих излучений. Эта мера характеризует его радиочувствительность (радиопоражаемость). Альтернативой понятию радиочувствительность служит понятие радиоустойчивость (радиорезистентность).

В качестве примера крайне низкой радиочувствительности можно привести бактерии Micrococcus radiodurens, обнаруженные в канале ядерного реактора, где поглощенная доза за сутки составляла 10⁶ Гр.

Степень радиочувствительности сильно варьирует в пределах одного вида, поэтому существует понятие индивидуальная радиочувствительность. Для определенного индивидуума она зависит от возраста и пола. В пределах одного организма существуют клетки и ткани, отличающиеся высокой радиочувствительностью, а также устойчивые ткани, которые принято называть радиорезистентными.

Важнейшим свойством различных ядерных превращений является их способность образовывать различные виды ионизирующих излучений (ИИ), которые, в свою очередь, при прохождении различных сред (газы, твердые тела и жидкости) неорганического или органического происхождения вызывают в них ионизацию атомов и молекул. Это приводит к образованию электрически заряженных частиц – ионов (катионов и анионов).

Такое взаимодействие приводит возбуждению атомов и отрыву отдельных элект-ронов из атомных оболочек. В результате атом, лишенный одного или нескольких электронов, превращается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация.

Выбитые при первичном взаимодействии электроны, обладающие энергией, сами взаимодействуют со встречными атомами и также создают новые ионы – происходит вторичная ионизация. Электроны, потерявшие в результате многократных столкновений свою энергию, остаются свободными или присоединяются («прилипают») к нейтральному атому, образуя отрицательно заряженные ионы. Энергия излучения при прохождении через вещество расходуется в основном на ионизацию среды.

Число пар ионов, создаваемых ионизирующим излучением в веществе на единице пути пробега, называется удельной ионизацией, а средняя энергия, затрачиваемая ионизирующим излучением на образование одной пары ионов, – средней работой ионизации. Расстояние, пройденное частицей от места образования до места потери ею избыточной энергии, называется длиной пробега.

На каждую пару ионов возникает, кроме того, два-три возбуждённых атома или молекулы, в которых при столкновении происходит перемещение электронов на оболочках. В результате атом или молекула приобретают избыточную энергию, которая излучается или в виде фотонов видимого, ультрафиолетового света, или в виде рентгеновских лучей и гамма-квантов.

Радиобиологические эффекты, возникающие при воздействии ИИ на живые организмы, обусловлены, прежде всего, количеством энергии, поглощенной единицей объема биологической ткани. Вплоть до начала пятидесятых годов прошлого столетия для измерения количества радиации использовалась единица экспозиционной дозы «рентген» (Р). Один рентген соответствовал эффекту действия 1 г радия-226 за час на расстоянии одного метра и обнаруживался по покраснению кожи руки.

В настоящее время один рентген - это такая величина энергии ионизирующего излучения, которая в 1 см³ абсолютно сухого воздуха при температуре 0º С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. приводит к образованию 2,08•10⁹пар ионов.

Ионизирующие излучения по своей природе неоднородны, т.к. создаются различными видами радиоактивных лучей.