Физико-химические основы биологического действия ионизирующего излучения. Защита от ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение – радиоактивное (, , ) и жесткое рентгеновское излучение, а также потоки протоков и нейтронов.

Обладая высокой кинетической энергией , -частицы или -фотоны радиоактивного излучения, проникая в вещество, взаимодействует с электронами атомов, выбивают их из орбит и таким образом ионизируют вещество. Вместе с ионизацией происходит и возбуждение атомов с последующим излучением в оптическом диапазоне, а также и активация молекул, приводящая к фотохимическим реакциям. Рентгеновское и -излучения, хотя и не производят значительной первичной ионизации, но образуют при этом вторичные электроны с высокой энергией, которые, подобно -частицам, могут интенсивно ионизировать и возбуждать атомы и молекулы вещества.

Отдельные частицы могут сталкиваться с ядрами атомов, и, если они имеют достаточную энергию, вызывать возбуждение ядра, ядерный фотоэффект или ядерную реакцию (последнее более характерно для нейтрона). Действие на вещество -излучения сходно с действием жесткого рентгеновского излучения (фотоэффект, комптон-эффект).

Скорость и энергия протонов, выбрасываемых при ядерных реакциях, равно как и их проникающая и ионизирующая способности, близки к таковым у -частиц.

Нейтроны, выбрасываемые при ядерных реакциях, имеют начальную ~3·10⁹м/с и энергию 4÷5МэВ. В связи с отсутствием заряда первичная ионизирующая способность у них низкая, проникающая – высокая.

Ионизирующий эффект от действия нейтронов на вещество является следствием главным образом вторичных процессов. При соударении нейтронов с ядрами атомов могут происходить упругое рассеяние, неупругое их рассеяние и захват нейтрона ядром (радиационный захват). При упругом рассеянии, особенно, с ядрами легких элементов, нейтрон передает ядру часть кин. эл. Ядро, называемое в данном случае ядром отдачи, за счет полученной энергии производит вторичную ионизацию, которая благодаря наличию у ядра заряда может быть весьма интенсивной. Так как ткани организма содержат много водорода, то быстрые нейтроны легко теряют в них энергию и, образуя ядро отдачи (протоны), вызывают значительную ионизацию.

При неупругом соударении ядро за счет полученной от нейтрона энергии возбуждается и испускает один или несколько -фотонов.

Если нейтрон поглощается ядром, то происходит ядерная реакция, преимущественно – превращение ядра в его радиоактивный изотоп с последующим бета-распадом и излучением -фотоном.

При действии ионизирующего излучения может происходить также нарушение структуры молекулы вещества (например, радполиз Н₂О).

Первичные процессы ионизации не вызывают больших нарушений в тканях. При вторичных – происходит разрыв связей внутри сложных органических молекул. Возможно образование активных биохимических продуктов. Все это приводит к лучевой болезни.

Для защиты от жесткого рентгеновского и -излучений применяются вещества с высоким атомным номером и значительной плотностью: чугун, сталь, свинец, баритовый кирпич, свинцовое стекло и т.д. Для защиты от нейтронов применяются вещества с невысоким атомным номером, преимущественно содержащие водород: вода, бетон и др.

Защитой от -излучений (протонов) может служить тонкий слой любого вещества (одежда, плотная бумага, целлофан и т.п.). Опасны при попадании на слизистые оболочки дыхательного или пищеварительного путей. Для защиты от рентгеновского излучения может служить слой, например, дерева, органического стекла, стекла, любого легкого металла толщиной ~ 1см.