Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
4.2.3. Судьба электронов, испущенных молекулой
Электроны, выбитые из молекулы, обычно делят на две группы в соответствии с тем, больше их кинетическая энергия энергии низшего уровня электронного возбуждения молекул окружающей среды или меньше ее. Электроны первой группы взаимодействуют с электронной системой молекул, с которыми они сталкиваются, и теряют энергию в неупругих соударениях. В конце концов они переходят во вторую группу, оставляя на своем пути ряд молекул с электронными возбуждениями. В дальнейшем эти электроны теряют энергию за счет возбуждения колебательных и вращательных движений в сталкивающихся с ними молекулах.
Если в среде преобладают молекулы, у которых энергия низшего уровня электронного возбуждения существенно превышает кинетическую энергию электрона, но в этой же среде имеется небольшая доля молекул с низкими энергиями электронного возбуждения, то электроны, теряющие мало энергии при столкновении с молекулами первого типа, будут «разыскивать» и возбуждать молекулы второго типа, передавая значительно большую часть поглощенной энергии, чем это соответствовало бы их малой концентрации в среде. По данным Платцмана 15-20% всей энергии, поглощенной при воздействии высокоэнергетического излучения, передается медленными электронами, и среднее время, необходимое для достижения ими теплового равновесия со средой, составляет примерно 10“11 с. За время такого же порядка происходит поляризация среды вокруг замедлившегося электрона. Возникает чрезвычайно активное в химическом отношении образование, названное сольватированным электроном (в водной среде это так называемый «гидратированный электрон», о котором подробнее сказано в следующей главе).
Процессы, происходящие на физико-химической стадии, приводят к различным типам перераспределения возбужденными молекулами избыточной энергии и, таким образом, обусловливают появление
148
Гл. IV. Прямое действие ионизирующих излучений
разнообразных активных продуктов (ионов, радикалов и т.д.). Эти процессы протекают в течение очень короткого интервала времени, порядка 10“14-10“п с.
4.2.4. Последовательность образования промежуточных активных частиц
В настоящее время образование промежуточных активных частиц в облученных органических веществах изучено достаточно подробно. Известно, что образование возбужденных состояний молекул — син-глетных и триплетных — может происходить:
при первичном возбуждении молекул излучением:
М —> М*, (IV.5)
при нейтрализации ионов:
М+ + е —t М*, (IV.6)
а также при передаче возбужденных молекул матрицы другим молекулам клетки (или «добавкам»), например, ингибиторам — Ing:
М* + HIng —У МН-+ Ing. (IV.7)
В отдельных молекулярных системах могут образовываться более сложные возбужденные и высоковозбужденные состояния.
На ионизацию атомов и молекул в клетке расходуется более половины поглощенной энергии излучений. При этом образуется материнский положительный ион М+ и электрон:
М—>М++е“. (IV.8)
При высоких концентрациях молекул протекают ион-молекуляр-ные реакции, например, в воде:
Н20+ + Н20 —> Н30+ + ОН. (IV .9)
Электроны, выбитые вследствие ионизации, тратят свою энергию на ионизацию, возбуждение и термализуются:
М + е~—>М“, (IV.10)
М + е“ —у М*. (IV.11)
Свободные электроны после замедления захватываются матрицей углеводородов, воды и образуют сольватированные (гидратированные) электроны, которые взаимодействуют с другими молекулами.
Ионы так же, как и возбужденные молекулы, могут диссоциировать с образованием свободных радикалов молекул:
М+ —у М‘ + Н+, (IV. 12)
4. Последовательность стадий прямого действия радиации
149
При радиолизе молекул образуются также анион-радикалы М' и
катион-радикалы М*, т. е. соединения, несущие одновременно и заряд, и неспаренный электрон. Фрагментация ион-радикалов приводит к образованию иона и радикала (реакция гомогетеролиза):
NT—и ]VT—+ (IV.15)
—> м; + и Mf —+ + Mg. (iv.i6)
В образовании свободных радикалов принимают участие и электроны, реагируя с нейтральной молекулой MX:
MX + е~ —> М’ + X-. (IV.17)
Свободные радикалы образуются также при ион-молекулярных реакциях с участием нейтральной молекулы и катиона МхН+:
MX + MiH+ —+ МХН+ + Mi. (IV. 18)
При облучении вещества, состоящего из «однородных» молекул, с определенной вероятностью возникают возбужденные, сверхвоз-бужденные и ионизированные молекулы, а каждый из этих первичных продуктов имеет много возможностей для дальнейших превращений. В результате образуются ионы и радикалы разнообразной природы с широким спектром химических свойств, взаимодействующие друг с другом и с окружающими молекулами. Эти процессы составляют третью, или химическую, стадию действия ионизирующего излучения.
