Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
а-Частицы, обладающие энергией 4 МэВ, передают веществу 130 кэВ иа 1 мкм пути, что соответствует примерно 3800 ионизациям на 1 мкм. При такой высокой плотности ионизации в масштабе белковой молекулы частица может произвести несколько следующих друг за другом актов ионизации и возбуждения.
Электроны с энергией 0,5 МэВ имеют величину ЛПЭ = = 0,2 кэВ/мкм- Такие электроны образуют около 6 пар ионов на 1 мкм пути, т. е. вероятность возникновения ионизации в пределах белковой молекулы толщиной около 0,003 мкм весьма мала.
При облучении клеток величина поглощенной дозы показывает лишь среднее количество энергии, переданной облучаемой системе. О плотности ионизации в клетке можно судить по величине ЛПЭ.
Если движущаяся частица производит ионизации, значительно удаленные друг от друга, то вероятность возникновения нескольких ионов в пределах макромолекулы, субклеточной органеллы или клетки в целом сравнительно невелика. Напротив, когда акты ионизации следуют непрерывно вдоль трека частицы, можно ожидать возникновения многих ионов в пределах одной субклеточной структуры, например, двух ионизаций в комплементарных участках двунитевой молекулы ДНК.
Конечно, биологические последствия поражения (в результате ионизации) обеих нитей этой уникальной молекулярной структуры значительно ощутимее для клетки, чем разрушение какого-либо участка одной спирали ДНК при сохранении целостности комплементарной цепи. Так как с ростом линейной плотности ионизации возрастает вероятность именно такого «двунитевого» разрыва,
5. Пространственное распределение ионон
75
* »4 «П » дейтрон 0,8 МэВ
белковая молекула средних размеров
г
-»---------------------•------------------(—
1 - О первичная 2 - о вторичная 3-• возбуждение ионизация ионизация
Рис. П. 11. Схематическое изображение отрезка траектории различных заряженных частиц, показывающее распределение актов ионизации и возбуждения вдоль трека частицы в указанном масштабе: а) трек дейтрона с В = 4 МэВ, ЛПЭ = 19,4 кэВ/мкм, ЛПИ = 570 ионов/мкм; б) трек дейтрона с В = 1 МэВ, ЛПЭ = 54,0 кэВ/мкм, ЛПИ = 1600 ионов/мкм; в) трек а-частицы с В = 4 МэВ, ЛПЭ = 130 кэВ/мкм, ЛПИ = 3800 ионов/мкм; г) трек электрона с В = 0,5 МэВ, ЛПЭ = 0,2 кэВ/мкм, ЛПИ — 6 ионов/мкм; I — первичная ионизация; 2 — вторичная ионизация; 3 — возбуждение
ясно, что плотноионизирующие частицы (с высокой ЛПЭ) должны значительно эффективнее поражать ДНК и связанные с ней клеточные функции, чем редкоионизирующее излучение.
5.1. Ионизация в тканях при действии тяжелых заряженных частиц
На примере ускоренных ядер гелия (а-частицы) в табл. Н.З представлены результаты количественных измерений ионизирующей способности частиц и глубины их проникновения в ткани (по данным Д. Е. Ли). На основании этих данных можно оценить картину первичной ионизации вещества.
а-Частицы с энергией 1 МэВ теряют свою энергию на первых 5,3 мкм ткани, в среднем на каждый микрон пути веществу переносится 263,9 кэВ энергии (табл. П.З), которая расходуется на возбуждение и ионизацию атомов. В среднем иа каждый микрон пути образуется около 6,2 тыс. пар ионов, неравномерно распределенных вдоль трека частицы. Тяжелые заряженные частицы практически не отклоняются от своего первоначального направления распространения благодаря значительной разнице их массы и массы электрона, с которым они взаимодействуют, т.е. их треки можно
о-частица 4 МэВ
электрон 0,5 МэВ
76
Гл. II. Поглощение энергии ионизирующих излучений
Таблица II.3. Длина пробега, потеря энергии и число первичных ионов при прохождении а-частиц в ткани плотностью 1 г/см3
Энергия ЛПЭ, Длина Число первичных
а-частиц, кэВ/мкм пробега, ионов на 1 мкм пути в
МэВ мкм ткани, пар ионов/мкм
1 263,9 5,3 6207,0
3 134,6 16,8 2031,0
6 82,01 47,0 1109,0
9 60,41 91,6 775,4
10 55,71 108,4 706,4
считать прямолинейными, и имеет смысл говорить об определенной «глубине проникновения» их в вещество.
При ионизации атомов вдоль своего пути а-частица оставляет вдоль своего прямолинейного трека не всю энергию, иначе тяжелые частицы были бы идеальным «щупом», позволяющим зондировать клетки, строго избирательно повреждая микроструктуры, расположенные на определенной глубине. Некоторая доля энергии частицы выносится за пределы ее трека выбитыми из атомов электронами, обладающими значительным запасом энергии и большой длиной пробега. Эти электроны образуют треки, ответвляющиеся от трека первичной частицы, и вызывают на своем пути ионизации и возбуждения, плотность распределения которых зависит от энергии выбитого электрона. Так, например, а-частицы с энергией 1 МэВ могут генерировать вторичные электроны, длина пробега которых вдвое превосходит
трек самой тяжелой частицы. Вторичные электроны, энергия которых превосходит 100 эВ, называют (5-электронами (иногда этот предел приравнивают к 1 кэВ). На их долю приходится приблизительно 25% всей ионизации, вызываемой первичной частицей. Схема, иллюстрирующая этот процесс, представлена на рис. Н.12.
