پرتو یونیزان

تابش یوننده  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.MEDICAL
IMAGING PHYSICS. Fourth Edition. William R. Hendee, Wiley Publishers. pp.46

 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.

 انواع تابش‌های یونیزان 
تابش‌های یونیزان به‌طور کلی به دو دستهٔ ذره‌ای و الکترومغناطیسی تقسیم می‌شوند.U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Radiation Basics.World Health Organization (WHO). Ionizing radiation: health effects and protective measures.

 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.U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Radiation Basics.

 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 U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC). Types of Radiation.U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Radiation Basics.

 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.World Health Organization (WHO). Ionizing radiation: health effects and protective measures.

 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.

 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.World Health Organization (WHO). Ionizing radiation: health effects and protective measures.

 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. 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

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

 مکانیسم‌های ایجاد آسیب DNA 
آسیب DNA ناشی از پرتوهای یون‌ساز از دو مسیر اصلی رخ می‌دهد: اثر مستقیم و اثر غیرمستقیم.

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

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.

 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.

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

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.

 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.

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.

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.

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

 جستارهای وابسته 
 تابش غیریونساز

 منابع 

رده:پرتوزایی
رده:تأثیر پرتو بر سلامتی
رده:تابش یون‌ساز
رده:جهش‌زاها
رده:رادیوبیولوژی
رده:عوامل سرطان‌زا
رده:حفاظت در برابر تابش