2. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РАДІОБІОЛОГІЇ

Віддавання енергії іонізуючих випромінювань по всій довжині пробігу частинки чи фотону називається лінійною передачею (зустрічаються терміни „перенос” і „втрата”) енергії (ЛПЕ). Одиниця ЛПЕ дорівнює кількості енергії, яку втрачає первинна іонізуюча частинка на одиницю довжини її пробігу. Звичайно вона виражається у кеВ на мкм пробігу у воді. Ця величина грає визначальну роль у прояву радіобіологічних реакцій організму за рівних доз опромінення різними типами випромінювань

Дійсно, в залежності від енергії електромагнітного випромінювання, а також в залежності від енергії, маси і заряду корпускулярного випромінювання ступінь іонізації речовини при опроміненні у рівних дозах в однакових умовах може суттєво відрізнятись. Отже, при опроміненні живих організмів може суттєво відрізнятись величина радіобіологічного ефекту, тобто ступінь прояву реакції на дії іонізуючого випромінювання – звичайно рівень ураження.

Для порівняння біологічної дії різних типів іонізуючих випромінювань  введена спеціальна величина – відносна біологічна ефективність (ВБЕ) випромінювань. Вона оцінюється порівнянням дози випромінювання, що випробується, з дозою стандартного, яка викликає такий же радіобіологічний ефект. У якості стандарту звичайно використовують рентгенівське випромінювання з енергією 180–250 кеВ чи γ-випромінювання ⁶⁰Со або ¹³⁷Сs, котрі утворюють приблизно 100 пар іонів на 1 мкм пробігу у воді. Таким чином, ВБЕ = Д₀/Д_Х, де Д₀ – доза стандартного випромінювання і Д_Х – доза випромінювання, що випробується. Значення ВБЕ для деяких типів іонізуючих випромінювань, котрі є усередненими результатами багатьох експериментів з різними організмами.

На основі ВБЕ визначається так званий коефіцієнт якості випромінювання – показник, котрий оцінює відносний шкідливий біологічний ефект різних типів іонізуючих випромінювань у прикладній радіобіології. Фактично його величини дорівнюють усередненим значенням ВБЕ.

Величина ВБЕ визначається головним чином значенням ЛПЕ – чим вище ЛПЕ, тобто чим більшим є середня кількість іонізацій на одиницю пробігу у речовині, тим вище і ОБЕ.                     

Як і рентгенівське та γ-випромінювання, β-частинки спричиняють від декількох десятків до сотні іонізацій на 1 мкм путі пробігу у воді, а, відповідно, і в тканинах живих організмів, щільність більшості котрих прирівнюється до неї. Вони одержали назву рідкоіонізуючих випромінювань.  Втрати їх енергії не перевищують 5 кеВ/мкм, і значення їх ВБЕ близьке до 1.

Протони, а також дейтрони, нейтрони однакових або близьких енергій викликають до декількох сот іонізацій і втрачають на 1 мкм путі 3–5 кеВ. Значення ВБЕ для них досягає 3–5 і навіть 10. Дуже щільну іонізацію викликають α-частинки, і значення ЛПЕ в них виключно велике. Так, одна α-частинка з енергією 4 МеВ, яка виникає при бомбардуванні бора або літію нейтронами, на 1 мкм путі утворює у м’яких тканинах більш як 9000 пар іонів. Втрати енергії при цьому складають до 300 кеВ/мкм, а значення ВБЕ досягає 20. Випромінювання ядер поділу урану спричиняють до 130 тисяч іонізацій на 1 мкм пробігу. Ці типи випромінювань одержали назву щільноіонізуючих випромінювань.

Схематичні відрізки траєкторій різних заряджених частинок дають уяву про розподіл актів іонізації і збудження атомів речовини.

Таким чином, із зростанням ЛПЕ значення ВБЕ збільшується, тобто зростає уражуюча дія випромінювань. Однак, така кореляція спостерігається до певних меж. Як свідчить крива на рис. 2.5, різке зростання ВБЕ починається з ЛПЕ 10 кеВ/мкм, досягає максимуму при ЛПЕ 100 кеВ/мкм і потім різко знижується. Це пояснюється тим, що за високих значень ЛПЕ відбувається як би насичення клітин іонізаціями, і кожна наступна частинка реалізує свою енергію у вже приреченій до загибелі клітині, тобто витрачає її вхолосту – відбувається так зване „переураження” клітини.

Хоча в основному величина ВБЕ визначається значенням ЛПЕ, вона у деякій мірі залежить й від інших факторів: величини дози випромінювання, її розподілу у часі, тобто потужності дози і ступня її фракціонування, наявності у середовищі кисню і навіть біологічних особливостей об’єкту опромінення. Зокрема, ВБЕ може суттєво розрізнятись при опроміненні сухого насіння і обводнених клітин і тканин вегетуючих рослин, спор у стані спокою і активно метаболізуючих бактерій.

Закінчуючи підрозділ, слід підкреслити, що знання значень коефіцієнтів ВБЕ різних типів випромінювань вкрай важливе для пророкування імовірності виникнення тих чи інших радіобіологічних ефектів, ступеня радіаційного ураження, оцінки ступеня ризику при опроміненні, прогнозування тяжкості променевої хвороби і багатьох інших ситуацій.