На живые организмы

Энергия излучения, генерируемая в сельскохозяйственных осветительных и облучательных установках, в большинстве случаев непосредственно воздействует на живые организмы. Воздействия излучения на человека, животных, растения и микроорганизмы называют фотобиологическими. В настоящее время известны следующие виды фотобиологического воздействия излучения. [4].

Световое действие заключается в том, что видимое излучение, воздействуя на глаз человека или животного, вызывает зрительное ощущение. Благодаря световому действию оптического излучения человек и животные обладают способностью видеть.

Фотосинтетическое действие. Растения, поглощая видимое и длинноволновое ультрафиолетовое излучение, способны за счет его энергии синтезировать органические вещества из минеральных.

Фотопериодическое действие(фотопериодизм). Облучение (освещение) при различном чередовании периодов света и темноты и при различном спектральном составе может оказывать большое и разнообразное влияние на рост и развитие растений, а также на физиологическое состояние, поведение и развитие животных.

Терапевтическое(витальное, антирахитное, тонизирующее) действие. Облучение людей и животных ультрафиолетовым, видимым и инфракрасным излучением улучшает обмен веществ в организме, повышает жизненный тонус, а также повышает сопротивляемость организма заболеваниям.

Бактерицидное, или летальное (разрушающее), действие. Облучение ультрафиолетовым, а при больших дозах видимым и инфракрасным излучением вызывает гибель бактерий, растений и мелких животных.

Мутагенное действие. Длительное воздействие на животных и растения ультрафиолетовым излучением (а при больших облученностях и видимым) может приводить к наследственным изменениям. Мутагенное действие может использоваться для выведения высокопродуктивных растений и других организмов.

Общим для всех процессов фотобиологического действия излучения являются фотохимические реакции, которые протекают в веществах живых клеток в результате поглощения ими излучения. Молекулы активно поглощающего вещества при поглощении фотона переходят в возбужденное состояние и после этого способны вступать в те или иные химические реакции, что приводит к определенным биологическим изменениям. Протекание реакции в обратном направлении исключается большим энергетическим барьером обратной реакции.

Согласно закону квантовой эквивалентности Эйнштейна, значение квантового выхода фотохимического процесса не может быть больше единицы. Но в практике это правило часто не соблюдается. Кажущееся нарушение закона квантовой эквивалентности происходит из-за возникновения вторичных реакций.

Количественная зависимость фотохимического действия излучения от условий облучения реагирующего вещества, называемого законом взаимозаменяемости, определяет связь между выходом фотохимической реакции и количеством облучения реагирующего вещества:

М_p=αQ_α=αФ_αt=α(1-e^-kl) Ф_et, (1.19)

где Q_α – поглощенная энергия оптического излучения;

М_p - число молекул исходного вещества, вступившего в реакцию за время облучения t;

t – время облучения;

l - длина пути излучения в веществе;

α – постоянная скорости фотохимической реакции;

k – показатель поглощения излучения веществом;

Ф_α и Ф_e – соответственно потоки излучения, поглощенного веществом и упавшего на него.

Для единицы объема облучаемого вещества это выражение будет иметь следующий вид:

(1.20)

где - m_p - то же, что и М_p , но для единицы объема облучаемого вещества;

Е- плотность облучения реагирующего вещества (облученность).

Из этого выражения видно, что фотохимическое действие излучения определяется не его интенсивностью, а полной эффективной дозой, то есть произведением облученности на время действия.

Обычно при большинстве фотобиологических реакций за первым фотохимическим актом следует целый ряд промежуточных, вторичных этапов. Некоторые из них могут зависеть от времени и других факторов, что приводит к значительным отступлениям от закона взаимозаменяемости.

Скорость фотохимических реакций зависит от количества поглощаемой энергии излучения, концентрации реагирующих веществ, температуры и некоторых других факторов. Для простейших фотохимических реакций она пропорциональна поглощенному потоку излучения Ф_α

(1.21)

Принимая во внимание равенство между величиной поглощенного потока и скоростью поглощения веществом излучения, уравнение (1.20) можно записать так:

(1.22)

где: Ф_α – поток однородного излучения, упавшего на реагирующее вещество.

Скорость фотохимической реакции зависит от плотности облучения, концентрации исходных продуктов и постоянных, характеризующих протекание первичной и вторичной реакций.

Известны обратимые фотохимические реакции, в которых конечные продукты вновь преобразуются в исходные вещества. Характерным примером такой реакции является фотораспад светочувствительного вещества в сетчатке глаза.

Для фотохимических реакций, протекающих в живых биологических объектах, характерно то, что они могут протекать при организованном, направленном перемещении исходных продуктов. Различные этапы фотобиологической реакции могут осуществляться в разных специализированных центрах. Завершающий этап таких реакций может происходить далеко от места поглощения энергии излучения. В связи с этим скорость фотобиологических реакций зависит от условий передвижения исходных продуктов к центрам и оттока конечных от мест реакций.

Эффективность фотобиологического действия излучения может значительно уменьшаться в результате поглощения излучения поверхностными реактивными слоями организма или за счет отражения ими излучения. Одноклеточные организмы (бактерии, простейшие и другие) особенно чувствительны к излучению, так как они имеют малую толщину и фотоны могут достигать жизненно важных центров. У человека и крупных животных излучение может проникать только в поверхностные участки тела.

Для каждого фотобиологического процесса можно построить зависимость интенсивности процесса от длины волны излучения. Такую графическую зависимость называют спектром действия процесса. Знание спектра действия имеет очень важное значение при создании наиболее экономичных источников изучения и установок.

В ряде случаев на результирующую эффективность фотобиологических процессов может оказывать большое влияние явление фотореактивации, которое заключается в следующем. Если облучать объект активным в отношении данного процесса излучением и одновременно воздействовать на него излучением неактивным в отношении этого процесса, то последнее может повышать или понижать эффективность облучения. Например, при сопровождении ультрафиолетового облучения животных интенсивным освещением эффективность ультрафиолетового облучения будет значительно меньше, чем одного облучения без сопровождающего интенсивного освещения.