Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Na ~ f,fEe. (IV.3)
Аналогичное выражение для непрерывного спектра:
N(E) ~ ($/Е)/Е. (IV.4)
Уравнение (IV.4) называют «оптическим приближением». Основное ограничение этого метода — значительная погрешность при малых значениях fs. Однако применение оптического приближения дает хорошие результаты для анализа энергетического спектра первичных активаций, генерируемых излучением, в действующем спектре которого преобладают быстрые заряженные частицы.
Сила осциллятора fs пропорциональна числу электронов в оболочке, в которой индуцируется активация, т. е. она максимальна для внешних оболочек; Еа пропорциональна квадрату эффективного заряда ядра и менее значима для внешних оболочек, так как электроны внутренних оболочек экранируют поле ядра. Поэтому, согласно уравнениям (IV.3), (IV-4), можно сделать вывод: активация валентных электронов — преобладающий первичный процесс, происходящий в результате прохождения заряженной •частицы через вещество.
Если бы существовала возможность теоретически рассчитать силу осциллятора молекулы, то можно было бы предсказать уровни активации молекул в результате взаимодействия с заряженной частицей. Такой расчет, основанный на квантовомеханических представлениях, был проведен лишь для атома водорода. Уже для малых многоатомных молекул эта задача практически невыполнима (не говоря уже о макромолекулах). Оценить спектр сил осциллятора удается на основании косвенных данных, полученных при изучении коэффициентов поглощения в области непрерывного абсорбционного спектра, показателя преломления и оптической дисперсии, сечения неупругого рассеяния электронов и др.
142
Гл. IV. Прямое действие ионизирующих излучений
Согласно уравнению (IV.4) в области непрерывного спектра вероятность создания данного возбужденного состояния пропорциональна (df/dE)/E. Представив на основании косвенных данных спектр сил осциллятора многоатомной молекулы, можно для нее построить спектр возбуждения как функцию R(df jdE)jE\ константа Ридберга R вводится для единства размерности. При таком определении спектр возбуждения совпадает со спектром первичных активаций, создаваемых заряженной частицей при ее первом столкновении.
Анализ спектра возбуждения молекул, состоящих из атомов с Z < 10 и поэтому имеющих кроме валентных электронов только К-оболочку, показал, что практически все возбуждения сосредоточены в области сравнительно больших значений Е. Непрерывный спектр поглощения молекул, в котором сосредоточена сила осциллятора, содержит в себе непрерывные спектры, обусловленные процессом
ионизации и процессом диссоциации, а также спектр, создаваемый процессами, в которых возможна как ионизация, так и диссоциация молекулы, конкурирующие между собой (сверхвозбужденное состояние).
На рис. IV. 10 показан спектр возбуждения метана, построенный на основании экспериментальной оценки силы осциллятора молекулы. Видно, что из всех первичных событий, которые не приводят к ионизации, 45% составляют сверх-возбужденные состояния. Среднее значение энергии, соответствующее полосе сверхвозбуждения, равно приблизительно 15 эВ, т.е. более чем в 3 раза превосходит энергию диссоциации СНз-Н, равную 4,4 эВ. В этом сверхвозбужденном состоянии существует конкуренция между явлениями ионизации и диссоциации. Часть спектра, обозначенная как «ионизация», соответствует тем уровням возбуждения, которые всегда приводят к ионизации.
Анализ спектров возбуждения показывает, что для большинства органических молекул спектр сил осцилляторов лежит в области примерно 10-30 эВ над основным состоянием. Сила более длинноволновых осцилляторов невелика (исключение составляют молекулы, имеющие двойные и тройные связи: они могут возбуждаться и при меньших энергиях).
В большинстве случаев спектры энергий осцилляторов превышают потенциал ионизации. Однако не все состояния с энергиями, превосходящими потенциал ионизации, непременно приводят к ионизации молекулы. * СверхвозбуоФсденные состояния» могут рассеивать энергию при внутримолекулярных изменениях или при диссоциации молекулы на два радикала.
Только часть спектра, обозначаемая как «ионизация», относится к тем переходам, которые всегда приводят к потере электрона.
Рис. IV. 10. Спектр возбуждения метана
4. Последовательность стадий прямого действия радиации
143
_ я
6 н
Потери энергии, эВ
Рис. IV.11. Распределение потери энергии электронами, проходящими через тонкие слои органического вещества: 1 — электроны 20 кэВ проходят через слой полимера «формвар» толщиной 130 А; 2 — электроны с энергией 150 кэВ проходят через пленку ДНК толщиной 2000 А
Знание спектра возбуждения для биологически активных макромолекул позволило бы оценить распределение и частоту переносимых к молекуле дискретных порций энергии. Теоретический расчет сил осцилляторов многоатомных молекул, как уже говорилось, задача практически невыполнимая. Отсутствуют и экспериментальные исследования, которые позволили бы представить спектр возбуждения макромолекул.
