В процессах взаимодействия ионизирующих излучений с веществом энергия излучений передается атомам и молекулам окружающей среды, в том числе клеток, тканей организмов. На следующим за этим физическим этапом химическим этапом лучевого поражения клетки происходят первичные радиационно-химические изменения молекул. Различают два механизма, обозначаемые как прямое и косвенное действие радиации.
Под прямым действием понимают такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими исследуемыми молекулами («мишенями»). Под косвенным действием понимают изменения молекул в растворе, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) воды или растворенных веществ, а не энергией излучения, поглощенной самими исследуемыми молекулами (рис. III.1).
При косвенном действии наиболее существен процесс радиолиза воды, составляющей основную массу (до 90 %) вещества в клетках. При радиолизе воды молекула ионизируется заряженной частицей, теряя при этом электрон:
→ H2O→H2O+ + е-
Ионизированная молекула воды реагирует с другой нейтральной молекулой воды, в результате чего образуется высоко реактивный радикал гидроксила ОН'
H2O+ + H2O→H2O+ + ОН'
«Вырванный» электрон очень быстро взаимодействует с окружающими молекулами воды; возникает сильно возбужденная молекула H2О*, которая, в свою очередь, диссоциирует с образованием двух радикалов: Н’ и ОН'
H2O+ + е- → H2О*→ Н’ + ОН'
Эти свободные радикалы содержат неспаренные электроны и потому отличаются чрезвычайно высокой реакционной Время их жизни в воде не более 10-5 с. За этот период они либо ре комбинируют друг с другом, либо реагируют с растворенным субстратом. Следовательно, и второй этап радиационного поражения — первичные химические изменения — протекает практически мгновенно.
Таким образом, в газах сочетается электронная проводимость, подобная проводимости металлов, с ионной проводимостью, подобной проводимости водных растворов или расплавов электролитов Существенно еще одно различие. В растворах электролитов образование ионов происходит вследствие ослабления внутримолекулярных связей под действием молекул растворителя (молекул воды). В газах образование ионов происходит либо при нагревании, либо за счет действия внешних ионизаторов, например излучений.