Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
6. Локальные характеристики поглощения энергии веществом
83
рентгеновское излучение характеристических линий алюминия с энергией 1,5 кэВ и углерода, 0,28 кэВ, в опытах на культуре клеток китайского хомячка. Вопреки ожиданиям, углеродная линия оказалась намного эффективнее алюминиевой, а размер сайта составил ТО и 7 нм соответственно, что близко к диаметру нативной молекулы ДНК (2 нм). Этот и многие другие результаты позволяют считать, что сайт имеет сложную природу.
Другим недостатком теории дуального действия является отсутствие учета внутренней структуры трека, о которой мы уже говорили и которая послужила основой для разработки трековых моделей. Большим этапом развития микродозиметрии явились исследования школы Буттса-Каца. Создаваемые в настоящее время пакеты программ учитывают и положения, развивавшиеся на основе частично упомянутых разработок Росси и Келлерера. Трековые модели основное внимание уделяют структуре трека заряженной частицы. Выше подробно обсуждалась эта структура. По этим представлениям, <5-электроны, отлетающие от ствола трека на заметное расстояние, можно считать образованными в свободных соударениях (что происходит при передаче электронам энергии, намного превосходящей потенциал ионизации атома). Согласно классической формуле Резерфорда, дифференциальное эффективное сечение as образования таких электронов с энергией выше Eg обратно пропорционально квадрату их конечной энергии:
das = CZ*2dE$/02Egy (П.18)
где Z* — эффективный заряд частицы, который, кстати, изменяется при малых скоростях частицы /3, согласно формуле (Н.11). Несмотря на сложный характер зависимости пробег-энергия электронов при учете их почти диффузионного рассеяния в среде, выполняется закон обратной пропорциональности создаваемой ими дозы квадрату радиуса трека D ~ 1/г2.
Упомянем о даух результатах последних работ по штрековой теории». Зависимость ОБЭ от ЛПЭ оказалась не однозначной, как утверждал Барендсен, автор кривых рис. П.1, а эта функция проходит через максимум при разных ЛПЭ для разных зарядов частиц, даже если биологический тест один и тот же.
Впоследствии этот вывод был блестяще подтвержден многочисленными экспериментами. К такому же выводу можно прийти на основании формулы для эффективного заряда частицы, но оказалось, что положение максимума различается даже для пучков ионов разных изотопов одного и того же элемента, так как их зависимости пробега от энергии не совпадают.
Мы уже не раз повторяли, что после того, как ОБЭ проходит через максимум, новые повреждения уже не эффективны, и ОБЭ стремительно уменьшается. Как уже говорилось, это приводит к пе-реубиванию клеток, «overkill». Недавно эта гипотеза была проверена непосредственно в опытах с электрофорезом гелей. В итоге этих опытов возник неожиданный результат: уменьшение репараций — главная
84
Гл. II. Поглощение энергия ионизирующих излучений
причина снижения ОБЭ, а вовсе не «overkill». Это лишь один пример того, как выводы моделирования постоянно подвергаются все новым испытаниям при проверке в эксперименте!
Здесь мы переходим к наиболее спорному моменту трековой теории. В настоящий момент принято считать, что за высокую концентрацию энергии ответственны флуктуации ионизации, то есть рои ионов, и вероятность эффекта непосредственно зависит от ЛПЭ. Однако есть и другая точка зрения. Замедляясь, электроны наиболее реактивны при их энергиях в несколько сотен электронвольт, когда образуются, как мы определили выше, короткие треки и «5-электроны, а также Оже-электроны (напомним, что их энергия точно определена и близка к потенциалу ионизации Jf-оболочки).
Равная или большая энергия передается атомным ядрам отдачи, радиационный эффект от которых проявляется, например, в виде окрашивания кристаллов КС1 (Дюрап, Платцманн). Так или иначе отсюда возникают поправки, возможно немалые, и это особенно очевидно для всей области низких ЛПЭ, где обычная теория просто приравнивает коэффициенты ОБЭ единице, но их значения могут доходить до 2 и выше. При больших ЛПЭ эта поправка может уменьшиться, так как вклад обычных ионизаций возрастает из-за перекрытия ионных «шпор». Эти вопросы, детально разработанные в 60-х и 70-х гг. XX в. в русских публикациях (ИТЭФ, ФИАН), в последнее время вновь стали обсуждаться зарубежными авторами.
6.2. Моделирование в микродозиметрии
На основании вышеизложенного можно предположить, что в решении проблем микродозиметрни преобладают аналитические методы математического моделирования, и это действительно так. Однако широко используются также методы физического моделирования и создаются приборы, эквивалентные биологическому объекту. Их применение во многих случаях позволяет избежать громоздких расчетов, а также многих недостатков, заложенных в самих гипотезах, принимаемых при этих расчетах.
Исторически наиболее раяним и до сих пор широко распространенным является ионизационно-импульсный метод микродозиметрни, в котором применяется бесстеночный газоразрядный пропорциональный счетчик. Физический процесс в нем тот же, что и в ионизационной камере, однако ионы, ускоренные электрическим полем, дают заранее усиленный сигнал. Масса газа в объеме прибора соответствует моделируемому микрообъему, а эквивалентность газа жцдкости обеспечивается выполнением принципа Брэгга-Грея. Разумеется прибор имеет стенки, но их влияние исключено специальным дополнительным электрическим полем. Применяя двухкамерную конструкцию, удается даже разделить два процесса: ионизацию среды и газовое усиление.
