Первинні процеси дії іонізуючих випромінювань

При опроміненні біологічних об'єктів, які містять воду, що знаходиться частково у вільному стані, а частково входить до складу органел відповідних біологічних систем, прийнято вважати, що 50% поглиненої дози в пересічній клітині приходиться на воду, інші 50% на її органели і розчинені речовини. Відповідно до локалізації поглиненої енергії (у воді або в основній речовині) можна говорити про пряму і непряму дію іонізуючого випромінювання.

При взаємодії іонізуючого випромінювання з водою в кінцевому підсумку відбувається вибивання електронів з молекул води з утворенням так званих молекулярних іонів, що несуть позитивний і негативний заряд. Схематично цей процес можна подати в такий спосіб:

H₂O → H₂O⁺ + e ^-,

e ^- + nH₂O → e ^–_{гідрат.},

де е ^–_{гідрат.} – гідратований електрон.

В більшості випадків електрони, які виникають в першій реакції, стають гідратованими, тобто оточеними нейтральними молекулами води. Гідратований електрон є однією із головних відновних форм в опромінених водних розчинах.

Утворені іони води у свою чергу розпадаються з виникненням цілого ряду радикалів, які також взаємодіють між собою:

Вважається, що основний ефект променевого впливу на водні розчини в біологічних системах обумовлений такими радикалами, як Н⁺, ОН^- і особливо Н₃О⁺. Останній радикал, має високу окисну здатність.

Вихід цього радикала зменшується пропорційно падінню парціального тиску кисню. Цим пояснюється кисневий ефект опромінення, суть, якого полягає в тому, що при зниженні концентрації кисню в клітинах в період опромінення зменшується ефект променевого впливу. Кисневий ефект відсутній при опроміненні біологічних об’єктів нейтронами.

При опроміненні води важкими частинками іонізаційні ефекти в клітинах досить інтенсивні. Це є причиною локального сполучення радикалів з утворенням Н₂ і Н₂О₂. При опроміненні електронами й гамма-квантами води, яка міститься в клітинах спостерігається досить низька густина іонізації. Це призводить до зростання швидкості дифузії радикалів з утворенням НО₂, і О^-.

В дуже чистій воді не відбувається розкладання молекул під дією гамма-квантів і рентгенівського випромінювання. В цьому випадку спостерігається стійка рівновага швидкості дисоціації й рекомбінації.