Особенности биологического действия разных видов излучения
Выше говорилось, что ионизирующим действием обладают как электромагнитные колебания большой частоты (рентгеновские и гамма-лучи), так и потоки разнообразных частиц с высокой энергией (протоны, электроны, нейтроны, альфа-частицы и более тяжелые ядра). Все эти излучения способны проникать в организм на большую глубину и даже пронизывать его насквозь; они вызывают ионизацию атомов и молекул. Но при всем сходстве физических свойств и биологического эффекта между ними существуют и серьезные различия. Да и может ли быть иначе? Если легкие кванты рентгеновских или гамма-лучей без труда проскальзывают между атомами вещества, лишь изредка задевая их электронные оболочки, то тяжелые частицы альфа-лучей как мощные танки сокрушают все встречающиеся на их пути препятствия, ломают электронные заграждения и быстро растрачивают свою энергию. На пути в 1 мк альфа-частицы образуют около 5000 пар ионов, электроны (в зависимости от скорости и энергии) - от 5 до 20 пар, а рентгеновские и гамма-кванты - от 0,5 до 2 пар. Следовательно, на единицу пути пробега в живых тканях альфа-частицы оказывают действие в тысячи раз более сильное, чем гамма-лучи, и в сотни раз более интенсивное, чем электроны (бета-частицы).
Для оценки силы разрушительного действия разных видов ядерных излучений важное значение имеет не только удельная плотность ионизации, но и глубина проникновения лучей, внутрь тела. По этому признаку описанные излучения располагаются в обратном порядке. Мы знаем, что рентгеновские и гамма-лучи способны проникать в живое тело на глубину в десятки сантиметров и даже проходить насквозь; электроны обычно не проникают глубже 4 - 5 см, а для альфа-частиц даже поверхностный слой кожи толщиной в 0,1 - 0,2 мм - непреодолимое препятствие. Если сравнить альфа-, бета-и гамма-излучения по их опасности для здоровья и жизни живого организма, а не клетки, станет ясно, что именно гамма- и рентгеновские лучи представляют наибольшую опасность. Правда, тут следует сделать серьезную оговорку. На проникающую способность протонов, альфа-частиц и более тяжелых ионизирующих ядер серьезно влияют величина их энергии и скорость движения. Чем больше скорость, тем глубже способны они проникать и тем меньше линейная плотность ионизации. При очень больших скоростях (150 - 200 тыс. км/сек) протоны по проникающей и ионизирующей способности приближаются к гамма-лучам.
Таким образом, суммарный эффект действия на организм того или иного вида ядерного излучения зависит от многих факторов: размеров, скорости и энергии частиц, от их проникающей способности и линейной плотности ионизации. Поэтому сравнить вредоносное действие разных излучений на организм можно только в опыте на животных. Облучая животных одинаковой физической дозой различных излучений, по вызываемому ими биологическому эффекту можно составить представление об их относительной биологической эффективности. В зависимости от избранного показателя (выживаемость, изменения в крови, выпадение волос и т. п.) относительная эффективность может колебаться.
Если принять эффект рентгеновских и гамма-лучей за единицу, то относительная эффективность потока электронов составит 0,3 - 3, протонов и быстрых нейтронов- 0,5 - 10, медленных нейтронов - 4 - 5, альфа-частиц - 1 - 6,5. Наиболее высока относительная биологическая эффективность - ОБЭ - нейтронов с энергией от 100 кэв до 1 Мэв (так называемые нейтроны деления и близкие к ним нейтроны с промежуточной энергией и умеренно быстрые нейтроны). Если судить по отдаленным и поздним последствиям облучения, то особенно опасны потоки нейтронов. Они особенно сильно поражают хрусталик глаза (вызывая катаракты), половые железы, что влечет за собой бесплодие, уродства развития плода и т. п. Высокой ОБЭ отличаются также протоны с энергией 0,6 Мэв и альфа-частицы с энергией 3,4 - 6 Мэв. На различные органы и процессы в теле млекопитающих они оказывают поражающее действие, которое в один-шесть раз сильнее, чем действие такой же физической дозы рентгеновских лучей. Протоны же с энергией 660 Мэв действуют подобно рентгеновским или гамма-лучам или еще слабее (ОБЭ 0,5 - 0,6 - 0,75 - 1,0).
Внешнее и внутреннее облучение организма
До сих пор мы рассматривали главным образом такой случай, когда источник ядерных излучений (ускоритель элементарных частиц или атомный реактор, рентгеновский аппарат или кобальтовая пушка) расположен где-то вне живого организма и извне облучает организм ионизирующими лучами. Именно к этому случаю относится наше утверждение о сравнительно серьезной опасности для организма излучений с небольшой плотностью ионизации, подобных рентгеновским лучам, из-за высокой проникающей способности.