پرتو یونیزان

تابش یوننده[۱] (به انگلیسی: Ionizing radiation) تابشی است که به اندازهٔ کافی انرژی دارد تا الکترون‌ها را از اتم یا مولکول جدا کند یا به بیانی دیگر آن‌ها را یونیزه کند. تابش یوننده از ذره‌های درون‌اتمی، اتم‌ها یا یون‌هایی با سرعت بسیار بالا (سرعتی نزدیک به سرعت نور) یا موج‌های الکترومغناطیسی با انرژی بسیار بالا مانند گاما و ایکس ساخته‌شده است.

تابش یوننده در اثر واکنش هسته‌ای - اعم از طبیعی یا مصنوعی - با دمای بسیار بالا (مثلاً در هاله خورشید یا در حالت پلاسما) از طریق تولید ذره‌های پرانرژی در شتاب‌دهنده ذره‌ای یا از طریق فرایندهای طبیعی مانند رعد و برق یا انفجار ابرنواختر پدید می‌آید.

وقتی تابش یوننده رخ‌می‌دهد می‌تواند ذرات زیراتمی (عموماً الکترون، پروتون، نوترون و گاهی تمام هسته) را از اتم آزاد کند. چنین رویدادی، پیوستگی شیمیایی را دگرگون کرده و یون ایجاد می‌کند. تابش یوننده را می‌توان به دو گروه مستقیم و غیرمستقیم تقسیم کرد.[۲]

تابش یونیزان

تابش یونیزان به تابش‌هایی گفته می‌شود که انرژی کافی برای جدا کردن الکترون از اتم‌ها یا مولکول‌ها دارند و در نتیجه باعث یونیزه شدن ماده می‌شوند. این نوع تابش‌ها می‌توانند با ایجاد یون‌ها و رادیکال‌های آزاد، به ساختارهای زیستی از جمله DNA آسیب وارد کنند و از عوامل مهم در زیست‌پرتوشناسی، پزشکی هسته‌ای و پرتودرمانی به‌شمار می‌روند.[۳][۴]

انواع تابش‌های یونیزان

تابش‌های یونیزان به‌طور کلی به دو دستهٔ ذره‌ای و الکترومغناطیسی تقسیم می‌شوند.[۵][۶]

ذرات آلفا

ذرات آلفا شامل دو پروتون و دو نوترون هستند و بار الکتریکی مثبت دارند. این ذرات توان یونیزاسیون بالایی دارند اما قدرت نفوذ آن‌ها کم است و معمولاً توسط یک لایه نازک کاغذ یا لایهٔ خارجی پوست متوقف می‌شوند. با این حال، در صورت ورود به بدن از طریق استنشاق یا بلع، می‌توانند آسیب شدید DNA ایجاد کنند.[۷][۸]

ذرات بتا

ذرات بتا الکترون‌ها یا پوزیترون‌هایی هستند که در فرآیند واپاشی رادیواکتیو از هسته آزاد می‌شوند. قدرت نفوذ آن‌ها از ذرات آلفا بیشتر است و می‌توانند چند میلی‌متر در بافت نفوذ کنند. تابش بتا قادر است باعث یونیزاسیون DNA و ایجاد شکست‌های تک‌رشته‌ای و دو‌رشته‌ای شود [۹][۱۰]

پرتوهای گاما

پرتوهای گاما فوتون‌های بسیار پرانرژی هستند که از هستهٔ اتم‌های ناپایدار گسیل می‌شوند. این پرتوها قدرت نفوذ بسیار بالایی دارند و می‌توانند به بافت‌های عمیق بدن برسند. پرتو گاما یکی از پرکاربردترین انواع تابش یونیزان در پرتودرمانی سرطان است.[۱۱][۱۲]

پرتو ایکس

پرتوهای ایکس (X-ray) نیز از نوع تابش الکترومغناطیسی یونیزان هستند، اما برخلاف پرتو گاما، منشأ آن‌ها تغییرات الکترونی در اطراف هستهٔ اتم است. پرتو ایکس به‌طور گسترده در تصویربرداری پزشکی و همچنین در درمان‌های پرتویی استفاده می‌شود و می‌تواند از طریق اثر مستقیم و غیرمستقیم به DNA آسیب وارد کند.[۵][۱۳]

تابش نوترونی

تابش نوترونی شامل نوترون‌های بدون بار الکتریکی است که معمولاً در راکتورهای هسته‌ای و برخی درمان‌های پیشرفتهٔ پرتویی تولید می‌شوند. نوترون‌ها به‌طور مستقیم یونیزه نمی‌کنند، اما با برخورد به هسته‌های اتمی باعث تولید ذرات ثانویهٔ یونیزان می‌شوند و از این نظر از زیان‌بارترین انواع تابش یونیزان محسوب می‌شوند.[۱۴]

اثرهای فیزیکی

در افزاره‌های الکترونیکی، تابش یوننده می‌تواند منجر به فعال‌سازی مجدد پیوندهای آویزان غیرفعال‌شده در ناحیه مرز بین دو ماده شود، مانند فصل مشترک Si/SiO2 در افزاره‌های CMOS، که باعث افزایش چگالی تله‌های بین‌سطحی می‌شود.[۱۵] این تله‌ها می‌توانند حامل‌های بار را به دام اندازند که در نتیجه منجر به اثرهای پارازیتی مانند کاهش تحرک‌پذیری، افزایش نویز و تغییر ولتاژ آستانه می‌شود.

آسیب‌های DNA ناشی از پرتوهای یون‌ساز

پرتوهای یون‌ساز (Ionizing Radiation) از عوامل مهم ایجاد آسیب در DNA هستند و هم در شرایط طبیعی و هم در کاربردهای پزشکی مانند پرتودرمانی سرطان نقش اساسی دارند[۱۶][۱۷]

این پرتوها با القای تغییرات شیمیایی و ساختاری در مولکول DNA می‌توانند موجب ناپایداری ژنومی، جهش و مرگ سلولی شوند[۱۶][۱۸]

مکانیسم‌های ایجاد آسیب DNA

آسیب DNA ناشی از پرتوهای یون‌ساز از دو مسیر اصلی رخ می‌دهد: اثر مستقیم و اثر غیرمستقیم.[۱۶][۱۹]

در اثر مستقیم، انرژی پرتو مستقیماً به مولکول DNA منتقل شده و باعث یونش یا برانگیختگی بازها و ستون قندی-فسفاتی می‌شود.[۱۶][۲۰]

در اثر غیرمستقیم، پرتو با مولکول‌های آب واکنش داده و گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) مانند رادیکال هیدروکسیل، سوپراکسید و پراکسید هیدروژن تولید می‌کند که این گونه‌ها با DNA واکنش داده و آسیب اکسیداتیو ایجاد می‌کنند.[۲۱][۲۲]

نقش الکترون‌های کم‌انرژی

در برهم‌کنش پرتوهای یون‌ساز با ماده زیستی، تعداد زیادی الکترون کم‌انرژی (Low-Energy Electrons, LEEs) با انرژی کمتر از ۳۰ الکترون‌ولت تولید می‌شود.[۲۳][۲۴]

این الکترون‌ها فراوان‌ترین محصولات ثانویه یونش آب و ماکرومولکول‌های زیستی هستند. با وجود انرژی پایین، LEEs به‌طور مؤثری باعث ایجاد آسیب‌های مختلف DNA می‌شوند.[۲۵][۲۶][۲۷]

الکترون‌های کم‌انرژی از طریق سازوکارهایی مانند اتصال الکترونی گسسته (Dissociative Electron Attachment) یون‌های منفی گذرایی ایجاد می‌کنند که منجر به شکست پیوندهای شیمیایی DNA می‌شود.[۲۸][۲۹]

آسیب‌های خوشه‌ای DNA

آسیب خوشه‌ای DNA (Clustered DNA Damage یا LMDS) به مجموعه‌ای از دو یا چند ضایعه DNA گفته می‌شود که در فاصله‌ای بسیار نزدیک، معمولاً در یک یا دو دور مارپیچ DNA، ایجاد شده‌اند. این نوع آسیب‌ها عمدتاً در اثر پرتوهای یون‌ساز و الکترون‌های کم‌انرژی ایجاد می‌شوند.[۳۰][۳۱][۳۲]

آسیب‌های خوشه‌ای برای سیستم‌های ترمیم DNA چالش‌برانگیز هستند، زیرا ترمیم هم‌زمان چند ضایعه نزدیک به هم دشوار است. این نوع آسیب‌ها احتمال تبدیل به شکست دو‌رشته‌ای DNA را افزایش می‌دهند و می‌توانند منجر به ترمیم ناقص یا اشتباه شوند.[۳۳][۳۴][۱۲]

در نتیجه، آسیب‌های خوشه‌ای نقش مهمی در ناپایداری ژنومی و اثرات زیستی پرتوها دارند، حتی اگر از نظر تعداد کمتر از آسیب‌های ساده باشند.

اهمیت زیستی و بالینی

شکست‌های دو‌رشته‌ای DNA (DSBs) خطرناک‌ترین نوع آسیب DNA محسوب می‌شوند.در صورت ترمیم‌نشدن یا ترمیم اشتباه، این شکست‌ها می‌توانند باعث بازآرایی‌های کروموزومی، جهش، سرطان‌زایی یا مرگ سلولی شوند.در پرتودرمانی سرطان، القای DSBها یکی از اهداف اصلی درمان است.[۳۵][۳۶]

با این حال، ایجاد آسیب در سلول‌های سالم اطراف تومور یکی از محدودیت‌های اساسی پرتودرمانی محسوب می‌شود.[۳۷][۳۸]

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ «تابش یوننده» [فیزیک] هم‌ارزِ «ionizing radiation»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی. دفتر پنجم. فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۷۵۳۱-۷۶-۴ (ذیل سرواژهٔ تابش یوننده)
  2. ↑ MEDICAL IMAGING PHYSICS. Fourth Edition. William R. Hendee, Wiley Publishers. pp.46
  3. ↑ "Environmental Protection Agency (EPA)". SpringerReference. Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag.
  4. ↑ "Public Health and the Medical Use of Ionizing Radiation. Fifth Report of the WHO Expert Committee on Radiation. World Health Organization: Technical Report Series, 1965, No. 306". Australasian Radiology. 9 (3): 297–297. 1965-02. doi:10.1111/j.1440-1673.1965.tb01044.x. ISSN 0004-8461. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  5. 1 2 U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Radiation Basics.
  6. ↑ World Health Organization (WHO). Ionizing radiation: health effects and protective measures.
  7. ↑ U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Radiation Basics.
  8. ↑ Douglass, Michael (2018-08-30). "Eric J. Hall and Amato J. Giaccia: Radiobiology for the radiologist". Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine. 41 (4): 1129–1130. doi:10.1007/s13246-018-0684-1. ISSN 0158-9938.
  9. ↑ U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC). Types of Radiation.
  10. ↑ U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Radiation Basics.
  11. ↑ World Health Organization (WHO). Ionizing radiation: health effects and protective measures.
  12. 1 2 Lomax, M.E.; Folkes, L.K.; O'Neill, P. (2013-10). "Biological Consequences of Radiation-induced DNA Damage: Relevance to Radiotherapy". Clinical Oncology. 25 (10): 578–585. doi:10.1016/j.clon.2013.06.007. ISSN 0936-6555. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  13. ↑ "The Essential Physics of the Medical Imaging, 3rd edJerrold T. Bushberg, J. Anthony Seibert, Edwin M. Leidholdt, Jr, and John M. Boone Philadelphia, Pa: Lippincott Williams & Wilkins, 2012. ISBN: 978-0-7817-8057-5. Hardcover, $199.99; pp 1048". Radiology. 274 (1): 64–65. 2015-01. doi:10.1148/radiol.14144045. ISSN 0033-8419. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  14. ↑ World Health Organization (WHO). Ionizing radiation: health effects and protective measures.
  15. ↑ Khoshnoud, A.; Yavandhassani, J. (2025). "Modeling of total ionizing dose (TID) effects on the nonuniform distribution of Si/SiO2 interface trap energy states in MOS devices". Scientific Reports. 15: 17082. doi:10.1038/s41598-025-01325-3.
  16. 1 2 3 4 Ward, J.F. (1994-01). "The Complexity of DNA Damage: Relevance to Biological Consequences". International Journal of Radiation Biology. 66 (5): 427–432. doi:10.1080/09553009414551401. ISSN 0955-3002. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  17. ↑ Goodhead, Dudley T.; Weinfeld, Michael (2024-07-02). "Clustered DNA Damage and its Complexity: Tracking the History". Radiation Research. 202 (2). doi:10.1667/rade-24-00017.1. ISSN 0033-7587.
  18. ↑ Cadet, Jean; Sage, Evelyne; Douki, Thierry (2005-04). "Ultraviolet radiation-mediated damage to cellular DNA". Mutation Research - Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. 571 (1–2): 3–17. doi:10.1016/j.mrfmmm.2004.09.012. ISSN 1386-1964. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  19. ↑ "Erratum to: Comparison of Adjuvant Versus Salvage Radiotherapy Policies for Postprostatectomy Radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2004;59:329-340". International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics. 102 (2): 471. 2018-10. doi:10.1016/j.ijrobp.2018.06.034. ISSN 0360-3016. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  20. ↑ Held, Kathryn D. (2006-11). "Radiobiology for the Radiologist, 6th ed., by Eric J. Hall and Amato J. Giaccia". Radiation Research. 166 (5): 816–817. doi:10.1667/rr0771.1. ISSN 0033-7587. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  21. ↑ Roots, Ruth; Okada, Shigefumi (1975-11). "Estimation of Life Times and Diffusion Distances of Radicals Involved in X-Ray-Induced DNA Strand Breaks or Killing of Mammalian Cells". Radiation Research. 64 (2): 306. doi:10.2307/3574267. ISSN 0033-7587. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  22. ↑ Valko, M.; Rhodes, C.J.; Moncol, J.; Izakovic, M.; Mazur, M. (2006-03). "Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer". Chemico-Biological Interactions. 160 (1): 1–40. doi:10.1016/j.cbi.2005.12.009. ISSN 0009-2797. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  23. ↑ Boudaı̈ffa, Badia; Cloutier, Pierre; Hunting, Darel; Huels, Michael A.; Sanche, Léon (2000-03-03). "Resonant Formation of DNA Strand Breaks by Low-Energy (3 to 20 eV) Electrons". Science. 287 (5458): 1658–1660. doi:10.1126/science.287.5458.1658. ISSN 0036-8075.
  24. ↑ Sanche, L. (2005-08). "Low energy electron-driven damage in biomolecules". The European Physical Journal D. 35 (2): 367–390. doi:10.1140/epjd/e2005-00206-6. ISSN 1434-6060. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  25. ↑ Zheng, Yi; Cloutier, Pierre; Hunting, Darel J.; Sanche, Léon (2008-12-01). "Radiosensitization by Gold Nanoparticles: Comparison of DNA Damage Induced by Low and High-Energy Electrons". Journal of Biomedical Nanotechnology. 4 (4): 469–473. doi:10.1166/jbn.2008.3282. ISSN 1550-7033.
  26. ↑ Huels, Michael A.; Boudaïffa, Badia; Cloutier, Pierre; Hunting, Darel; Sanche, Leon (2003-03-22). "Single, Double, and Multiple Double Strand Breaks Induced in DNA by 3−100 eV Electrons". Journal of the American Chemical Society. 125 (15): 4467–4477. doi:10.1021/ja029527x. ISSN 0002-7863.
  27. ↑ Zheng, Yi; Wagner, J. Richard; Sanche, Léon (2006-05-22). "DNA Damage Induced by Low-Energy Electrons: Electron Transfer and Diffraction". Physical Review Letters. 96 (20). doi:10.1103/physrevlett.96.208101. ISSN 0031-9007.
  28. ↑ Boudaı̈ffa, Badia; Cloutier, Pierre; Hunting, Darel; Huels, Michael A.; Sanche, Léon (2000-03-03). "Resonant Formation of DNA Strand Breaks by Low-Energy (3 to 20 eV) Electrons". Science. 287 (5458): 1658–1660. doi:10.1126/science.287.5458.1658. ISSN 0036-8075.
  29. ↑ Zheng, Yi; Wagner, J. Richard; Sanche, Léon (2006-05-22). "DNA Damage Induced by Low-Energy Electrons: Electron Transfer and Diffraction". Physical Review Letters. 96 (20). doi:10.1103/physrevlett.96.208101. ISSN 0031-9007.
  30. ↑ Zheng, Yi; Wagner, J. Richard; Sanche, Léon (2006-05-22). "DNA Damage Induced by Low-Energy Electrons: Electron Transfer and Diffraction". Physical Review Letters. 96 (20). doi:10.1103/physrevlett.96.208101. ISSN 0031-9007.
  31. ↑ HADA, Megumi; GEORGAKILAS, Alexandros G. (2008). "Formation of Clustered DNA Damage after High-LET Irradiation: A Review". Journal of Radiation Research. 49 (3): 203–210. doi:10.1269/jrr.07123. ISSN 0449-3060.
  32. ↑ Vijayalaxmi; McNamee, James P.; Scarfi, Maria Rosaria (2006-01). "Comments on: "DNA strand breaks" by Diem et al. [Mutat. Res. 583 (2005) 178–183] and Ivancsits et al. [Mutat. Res. 583 (2005) 184–188]". Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 603 (1): 104–106. doi:10.1016/j.mrgentox.2005.11.004. ISSN 1383-5718. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  33. ↑ Sage, Evelyne; Harrison, Lynn (2011-06). "Clustered DNA lesion repair in eukaryotes: Relevance to mutagenesis and cell survival". Mutation Research - Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. 711 (1–2): 123–133. doi:10.1016/j.mrfmmm.2010.12.010. ISSN 1386-1964. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  34. ↑ Georgakilas, Alexandros G.; O'Neill, Peter; Stewart, Robert D. (2013-07). "Induction and Repair of Clustered DNA Lesions: What Do We Know So Far?". Radiation Research. 180 (1): 100–109. doi:10.1667/rr3041.1. ISSN 0033-7587. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  35. ↑ Lomax, M.E.; Folkes, L.K.; O'Neill, P. (2013-10). "Biological Consequences of Radiation-induced DNA Damage: Relevance to Radiotherapy". Clinical Oncology. 25 (10): 578–585. doi:10.1016/j.clon.2013.06.007. ISSN 0936-6555. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  36. ↑ Jeggo, Penny A.; Löbrich, Markus (2015-09-21). "How cancer cells hijack DNA double-strand break repair pathways to gain genomic instability". Biochemical Journal. 471 (1): 1–11. doi:10.1042/bj20150582. ISSN 0264-6021. {{cite journal}}: no-break space character in |first= at position 6 (help)
  37. ↑ Withers, H. Rodney (1985-05-01). <2086::aid-cncr2820551409>3.0.co;2-1 "Biologic basis for altered fractionation schemes". Cancer. 55 (S9): 2086–2095. doi:10.1002/1097-0142(19850501)55:9+<2086::aid-cncr2820551409>3.0.co;2-1. ISSN 0008-543X.
  38. ↑ Held, Kathryn D. (2006-11). "Radiobiology for the Radiologist, 6th ed., by Eric J. Hall and Amato J. Giaccia". Radiation Research. 166 (5): 816–817. doi:10.1667/rr0771.1. ISSN 0033-7587. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
This article is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.