Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Величину «пакетов энергии», передаваемых макромолекуле в результате одиночного взаимодействия, можно получить путем прямого измерения потери энергии электронами, проходящими через тонкие пленки, для которых вероятность более чем одного взаимодействия с электроном крайне мала. Для этого электроны с энергией 20 кэВ пропускали через тонкие пленки полимера (формваровая фольга) толщиной 13 нм и слои ДНК толщиной 200 нм. Исходя из величины неупругого рассеяния определяли частоту различных событий потери энергии электроном (рис. IV.11). Вероятность более чем одного события потери энергии при прохождении электроном слоя толщиной в 13 нм очень мала. Поэтому данные 1 на рис. IV. 11 можно рассматривать как меру распределения частоты различных событий потери энергии. Из рисунка видно, что чрезвычайно редко величина потери энергии меньше 10 эВ. С наибольшей частотой при каждом первичном взаимодействии переносится пакет энергии в 22 эВ, в то время как среднее количество потери энергии на одно событие взаимодействия 60 эВ.
Спектры потери энергии в формваре и ДНК качественно сходны. Различие, вероятно, связано с неодинаковой толщиной пленок (технически очень трудно получить пленки ДНК тоньше 200 нм). При такой толщине слоя ДНК можно ожидать более одного события потери энергии. Следует также учесть, что оба рассматриваемых спектра
144
Гл. IV. Прямое действие ионизирующих излучений
включают и небольшое число лобовых соударений. Если сделать необходимые поправки на эти эффекты, то мы получим спектр возбуждения ДНК, который позволил бы оценить спектр сил осцилляторов этой молекулы.
Итак, прямые эксперименты показывают, что на одно событие потери энергии в среднем на макромолекулы переносится 60 эВ энергии излучения. Эта величина значительно превосходит потенциал ионизации молекулы. Перенос такого большого количества энергии с высокой вероятностью переводит молекулу в ионизированное состояние. Помимо ионизированных, возникают возбужденные и сверхвозбужденные молекулы.
Относительный вклад ионизации и возбуждения в биологический эффект можно оценить некоторыми специальными методами.
Обратимся еще раз к рис. IV.11. Возбуждение различных осцилляторов приводит к появлению возбужденных, сверхвозбужденных и ионизированных молекул. Теоретический расчет выхода этих первичных продуктов требует знания действующего спектра, сечения возбуждения и ионизации и представляет пока еще не решенную задачу. Метод «оптического приближения* позволяет оценить соотношение этих продуктов исходя из распределения спектра сил осциллятора молекулы. Информацию о распределении силы осциллятора молекулы можно получить на основании косвенных экспериментов с использованием различных физических методов.
Образованием первичных продуктов, т. е. возбужденных, сверхвозбужденных и ионизированных молекул, неравномерно распределенных в пространстве, заканчивается первая, или физическая, стадия действия излучения.
4.2. Физико-химическая стадия действия излучения
С того момента, как в облученной системе возникли первичные возбужденные продукты, и до момента установления температурного равновесия протекает сложная цепь реакций, относящихся к физикохимической стадии действия излучения. На этом этапе высоковозбужденные продукты перераспределяют свою избыточную энергию или избавляются от нее.
В ряде работ, которые носят пока сугубо оценочный характер, рассматривается возможная судьба первичных возбужденных продуктов, генерируемых высокоэнергетическим излучением среди молекул поглощающей среды.
На рис. IV. 12 представлена временная шкала различных процессов, в результате которых молекула перераспределяет избыточную энергию или избавляется от нее.
Рассмотрим различные характеристики процессов в молекуле, представленные на рис. IV. 12. Нижний предел времени, необходимый для передачи энергии от частицы к частице, устанавливается принципом неопределенности Гейзенберга. Передача энергии Е, сравнимой с энергией связи электрона в молекуле, требует времени, равного по
4. Последовательность стадий прямого действия радиации
145
Шкала времени, 10 * с х —»¦
-16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9_____________-8 -7 -6 -5
20 эВ
Молекулярное ¦ровное колебательное
возбуждение:
вращательное
—-f—* релаксация
вода
диссоциация
электроны в воде у *
замедление тепловое
т
флуоресценция
т
захват
лед
равновесие в ловушку
время жизни вгндр
время жизни радикалов (реакция первого порядка с К - 5 ¦ 101О'м-1с-1)
10
-1
10"2
10
-з
10“4
10
-5
молярность акцептора радикалов
I I I I I |
Рис. IV. 12. Временная шкала процесса превращений энергии, передаваемой заряженными частицами молекулам среды
