Рожденная веком

Рожденная веком — так назвали мы эту книгу. И теперь, дорогой читатель, вы, вероятно, согласитесь с тем, что радиобиология с полным правом может считаться законным детищем нашего века. Это станет еще более наглядным после кратковременного экскурса в следующей главе к физическим основам нашей дисциплины и к современным ядерным установкам.

ОТ ФИЗИКИ К БИОЛОГИИ

От ложного знания к истинному незнанию.

Каламбур

Эпиграфом к данной главе взят лозунг традиционной школы по молекулярной биологии, организуемой в последние годы каждую зиму в подмосковном городе физиков-ядерщиков Дубне.

Михаил Владимирович Волькенштейн, приводя тот же лозунг в своей книге «Перекрестки науки», справедливо замечает, что это не просто шутка. Ложное знание удовлетворяется общими фразами о целесообразности живой природы, о качественной специфичности живой материи. Истинное же незнание означает четкую научную формулировку нерешенных проблем. В биологии (а следовательно, и в радиобиологии, скажем мы) их гораздо больше, чем решенных. Излагая свои взгляды на этот счет, автор соглашается в существовании качественных различий между живой и неживой материей и отсутствием промежуточных случаев между, ними, что, по его мнению, не означает каких-либо границ для физико-химического понимания жизни как целого в смысле принципа дополнительности. Эту точку зрения М. В. Волькенштейн излагает в письме к знаменитому Нильсу Бору и в ответ получает полное согласие величайшего мыслителя нашего века.

Радиобиологам такая точка зрения особенно близка, ибо ионизирующие излучения свое название получили из-за способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Иными словами, прологом к драме, ее первым актом являются события, разыгрывающиеся на самых элементарных уровнях организации материи.

Внутрь атома

Для ионизирующих излучений нет преград, они проникают всюду и потому имеют второе, не менее часто употребляемое наименование — проникающая радиация. Этим свойством она обязана присущей ей высокой энергии, превышающей энергию связи отдельных атомов и молекул в любом веществе живой или неживой материи, вследствие чего в зависимости от конкретной величины энергии (а также от заряда) она проникает внутрь атомов на разную глубину облучаемого объекта. Минимальная энергия излучения, потребная для ионизации большинства элементов, входящих в состав биологического субстрата, составляет 10—15 эВ. Среднюю энергию ионообразования принимают равной 34 эВ. Максимальную величину энергии ионизирующих излучений трудно назвать, она достигает значений тысяч, миллионов и миллиардов электрон-вольт.

Все существующие в природе и искусственно образуемые ионизирующие излучения можно разделить на два типа: электромагнитные и корпускулярные.

Электромагнитные (их иногда называют квантовыми, или фотонными) излучения имеют ту же природу, что и видимый свет или радиоволны, отличаясь от них только значительно меньшей (в тысячи раз и более) длиной волны, или, как принято говорить, большей жесткостью. Минимальное количество одномоментно поглощаемой энергии электромагнитного излучения называют квантом, или фотоном. Энергия квантов выражается отношением 12 400/%, где % — длина волны излучения в ангстремах. Отсюда понятно, что чем короче длина волны, тем больше энергия излучения. В связи с этим энергия квантов коротковолнового излучения на много порядков выше, чем энергия световых квантов. К электромагнитным излучениям относят рентгеновские лучи, гамма-лучи радиоактивных изотопов и тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. На рис. 1 представлена шкала электромагнитных излучений в логарифмическом масштабе.

Рис. 1. Спектр электромагнитного излучения. Для наглядности приведены размеры атомов и биологических микрообъектов.

Все остальные виды ионизирующей радиации имеют корпускулярную природу и являются элементарными ядерными частицами. Большинство из них заряженные корпускулы: отрицательные — р-частицы, представляющие собой электроны, или положительные — протоны (ядра водорода), дейтроны (ядра тяжелого водорода дейтерия), α-частицы (ядра гелия) и тяжелые ионы — ядра других элементов. Кроме того, к корпускулярным излучениям относят не имеющие заряда ядерные частицы — нейтроны, которые опосредованно также вызывают ионизацию. Наконец, в последнее время стали активно изучать отрицательные пи-мезоны в связи с перспективой их использования в лучевой терапии опухолей.