2. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РАДІОБІОЛОГІЇ

3. Типи іонізуючих випромінювань: електромагнітне та корпускулярне

Іонізуючі випромінювання усіх природних і штучних джерел діляться на два типи: електромагнітне та корпускулярне.

Електромагнітне іонізуюче випромінювання

Електромагнітне, або фотонне, іонізуюче випромінювання являє собою потік періодичних електричних та магнітних коливань, котрі відрізняються від радіохвиль, інфрачервоного, видимого та ультрафіолетового світла більш короткою довжиною хвилі і, відповідно, більш високою енергією, котрі знаходяться між собою у оберненій залежності. До них в першу чергу належать найбільш використовувані у радіобіологічних дослідженнях і практиці рентгенівське випромінювання, котре штучно одержують у спеціальних генераторах (рентгенівських апаратах), та γ-випромінювання природних і штучних радіоактивних ізотопів. Іноді як самостійний вид виділяють так зване гальмівне випромінювання, яке виникає при проходженні через речовину і гальмуванні (звідки і назва) прискорених заряджених частинок, продуктів поділу ядер урану і плутонію, а також при деяких інших ядерних реакціях. Класичним прикладом гальмівного випромінювання є рентгенівське випромінювання рентгенівської трубки, котре виникає при різкому гальмуванні потоку прискорених до енергій вище 15 кеВ електронів при їх зіткненні з ядрами атомів вольфраму, з котрого виготовляється анод. Фактично, гальмівне випромінювання – це звичайне рентгенівське випромінювання неперервного спектру.

Рентгенівське (Х-)  випромінювання – це електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між γ- та ультрафіолетовим (УФ-)випромінюванням у діапазоні довжин хвиль від 10^–11до 10^–7 м (рис. 2.2). Умовно рентгенівське випромінювання з довжинами хвиль більш 2 ангстрем (2^.10^–10 м) називають м’яким (енергії від декількох десятків до декількох сотень електрон-вольт), а з довжинами хвиль менш 2 ангстрем – жорстким (енергії до сотень тисяч електрон-вольт). Іноді виділяють наджорстке рентгенівське випромінювання з іще більш короткою довжиною хвилі, енергія яких досягає 1 МеВ. Ці назви широко використовуються у прикладній радіобіології, в першу чергу у радіаційній медицині та медичній радіології.

Гамма-(γ-) випромінювання – один з типів іонізуючих випромінювань, що випускається ядрами атомів багатьох як природних (²²⁶Rа), так і штучних (⁶⁰Со, ¹³⁷Сs) радіоактивних ізотопів. Воно являє собою електромагнітне випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі – 10^–11–10^–12 м і навіть коротше – до 10^–14 м. На шкалі електромагнітних хвиль, що була наведена вище, воно межує з жорстким рентгенівським випромінюванням і, дещо перекриваючи його, займає область найкоротших хвиль. Відповідно, енергія γ-випромінювань вища за енергію рентгенівського випромінювання, досягаючи багатьох мільйонів електрон-вольт.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання

Корпускулярне іонізуюче випромінювання являє собою потік частинок (корпускул), які характеризуються на відміну від електромагнітного випромінювання не тільки енергією, але ще масою та електричним зарядом, про які вже згадувалося у першому розділі цієї глави. В залежності від останніх двох властивостей частинки діляться на легкі і важкі, заряджені (позитивно чи негативно) і нейтральні.

Альфа-частинки (α) відносяться до важких частинок, що складаються з двох протонів і двох нейтронів  і мають два елементарних позитивних заряди. Фактично, це ядро атому гелію, яке має саме таку будову.

Бета-частинки (β, е^-) – це потік електронів – найлегших негативно заряджених частинок, що випускаються атомним ядром.

Позитрони (е⁺) – це легкі елементарні частинки, що випускаються ядром, ідентичні за своїми властивостями електронам, але такі, що мають не негативний, а позитивний електричний заряд. На відміну від β-частинки, котру називають ще бета-мінус-частинка, позитрон іменують бета-плюс-частинка.

Протони (р) відносяться до важких позитивно заряджених елементарних частинок і являють собою ядра атомів водню, входячи до складу атомних ядер усіх хімічних елементів. Протон несе однаковий з електроном і позитроном електричний заряд, але має масу в 1836 разів більшу. При поглинанні ядром атому енергії ззовні і наступному розпаді протон всередині ядра може перетворитись у нейтрон. Цей процес супроводжується виникненням позитрону і нейтрино. Остання – це електрично-незаряджена елементарна частинка з масою спокою набагато меншою за електрон.

Нейтрони – це також важкі, але такі, що не мають електричного заряду, тобто нейтральні, елементарні частинки з масою, близькою, практично рівною, масі протону. Нейтрони завдяки відсутності заряду значно у меншій мірі, ніж інші важкі заряджені частинки (α-частинки, протони, дейтрони) підпадають дії електромагнітних сил навколишнього середовища  і тому легко проникають всередину атомів речовини і, досягаючи атомних ядер, поглинаються ними або розсіюються на них. Саме тому при опроміненні речовини нейтронами високих енергій її атомні ядра стають нестійкими і, в наступному розпадаючись, можуть випускати γ-кванти, протони, β- та інші частинки, тобто стають радіоактивними. Це явище одержало назву наведеної радіоактивності і саме на цьому принципі засноване одержання штучних радіоактивних ізотопів.

Нейтрони з енергіями до 10⁵ еВ об’єднують під загальною назвою – повільні нейтрони, які включають і так звані теплові нейтрони з енергіями 5^.10^–3–0,5 еВ. Найбільше практичне значення в радіобіологічних роботах мають швидкі нейтрони з енергіями 10⁵–10⁸ еВ.

Дейтрони (d) – важкі позитивно заряджені частинки. Це – найпростіша в природі ядерна система, яка складається усього з двох частинок – протону і нейтрону. Дейтрони – це ядра атомів ізотопу водню дейтерію, або важкого водню – ²Н.