Основные свойства и характеристики ионизирующих излучений

Основным свойством ионизирующего излучения, обусловливающим его биологическое (в том числе и поражающее) действие, является способность проникать в различные ткани, клетки, субклеточные структуры и вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом ве- ществе. При этом под влиянием поглощенной энергии ионизирующего излучения атомы или молекулы переходят в возбужденное состояние вплоть до высвобождения электрона (иониза- ции). Оставшаяся часть атома или молекулы приобретает положительный заряд и становится положительным ионом. Ионизация большинства элементов, входящих в состав биосубстрата, происходит лишь в том случае, если поглощенная энергия составляет не менее 10—12 эВ (так называемый потенциал ионизации). Если же передаваемая атому или молекуле энергия кван- та излучения меньше потенциала ионизации облучаемого вещества, происходит лишь их воз- буждение. Таким образом, основными процессами, в которых расходуется энергия излучений, поглощенная в облучаемом биообъекте, являются ионизация (потеря атомом или молекулой электронов) или возбуждение (переход электронов на более высокий энергетический уро- вень).

Одной из важнейших характеристик ионизирующего излучения, определяющих особен- ности его поражающего действия, является проникающая способность, т. е. глубина проникно- вения в биологический материал.

Проникающая способность ионизирующего излучения зависит от его природы, заряда со- ставляющих его частиц и энергии, а также от состава и плотности облучаемого вещества. Разли- чают электромагнитные и корпускулярные излучения. К электромагнитным относят рентгенов- ское и гамма-излучение, к корпускулярным — а-частицы (ядра атомов гелия), ß-частицы (элек- троны), нейтроны и протоны. Электромагнитные излучения характеризуются большой прони- кающей способностью, при этом чем больше энергия излучения, тем слабее ее поглощение и вы- ше его проникающая способность; а- и ß-излучения отличаются низкой проникающей способно- стью. Например, проникающая способность в биологическом материале а-излучения составляет около 40 мкм, ß-излучения с энергией 2—5 МэВ — 1—2,5 см. Высокой проникающей способно- стью характеризуются нейтроны, особенно быстрые (с энергией более 0,1 МэВ), имеющие наи- большее практическое значение в радиобиологии. Проникающая способность ионизирующего излучения в значительной мере определяет характер лучевого поражения. Так, острая лучевая бо- лезнь с характерными для нее синдромами возникает обычно под влиянием внешнего гамма и гамма-нейтронного излучения, тогда как воздействие на организм а-и ß-излучения приводит, как правило, к местным лучевым поражениям.

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит не только от его проникающей способности, но и количества поглощенной энергии, а также от характера ее пространственного микрораспределения. Количество (доза) поглощенной энергии ионизирующего излучения в еди- ницах СИ выражается в джоулях на килограмм и имеет специальное название — «грей» (Гр). В качестве внесистемной единицы дозы поглощенной энергии используется рад (1 Гр равен 100 рад).

Энергию, переданную заряженной частицей на единицу длины ее пробега в веществе, на- зывают линейной передачей энергии (ЛПЭ). Ее величина обратно пропорциональна кинетиче- ской энергии частицы и определяется плотностью распределения событий ионизации вдоль трека частицы.

При равной скорости движения частицы ЛПЭ пропорциональна квадрату заряда частицы, а при равной энергии плотность ионизации увеличивается по мере увеличения массы частицы.

В зависимости от значения ЛПЭ все ионизирующие излучения делятся на редко- и плот- ноионизирующие, при этом к редкоионизирующим принято относить все виды излучений, имею- щие ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм, а к плотноионизирующим — те, для которых ЛПЭ превышает ука- занную величину.

Плотноионизирующие излучения при равной поглощенной дозе обладают большей биоло- гической эффективностью вследствие усиления лучевого поражения клеток и тканей организма и снижения их способности к пострадиационному восстановлению.

При одинаковых значениях поглощенной дозы различные виды ионизирующих излучений неодинаково действуют на один и тот же биообъект. Для сравнения биологического действия ви- дов ионизирующего излучения с различной величиной ЛПЭ их принято различать по «относи- тельной биологической эффективности» (ОБЭ). Количественной оценкой ОБЭ служит ее коэф- фициент, представляющий собой отношение дозы данного и «стандартного» (рентгеновского) излучения, обладающих равным биологическим эффектом при одинаковой поглощенной дозе.

Таким образом, принципиальным свойством ионизирующих излучений, определяющим их биологическое действие, является способность вызывать ионизацию атомов и молекул в облу- чаемом веществе, а к основным характеристикам, от которых зависит величина биологического эффекта ионизирующих излучений, относятся их проникающая способность, величина погло- щенной энергии и особенности ее пространственного распределения в тканях организма (плот- ность ионизации).