Пучки протонов состоят из положительно заряженных осколков ядер атомов, разогнанных до высоких энергий. Протоны могут проникать глубоко в организм и вызывать там обширные разрушения. Пучки нейтронов состоят из незаряженных осколков атомных ядер, обладающих значительной кинетической энергией. Они выделяются при радиоактивном распаде и, кроме того, могут создаваться в ускорителе. Пучки нейтронов, обладающие большой энергией, проникают глубоко и могут вызвать значительные повреждения тканей организма. Относительная биологическая эффективность Отдельные виды излучения значительно различаются по плотности ионизации, вызываемой в тканях при облучении. Тяжелые частицы, протоны и нейтроны, вызывают плотную ионизацию, рентгеновские лучи и электроны вызывают рассеянную ионизацию. Поскольку повреждающее биологическое действие излучения пропорционально плотности вызываемой ионизации, степень повреждения тканей различными видами излучения весьма различна. Для оценки этих различий предложена сравнительная величина, названная относительной биологической эффективностью (ОБЭ). У нейтронов, например, ОБЭ равна трем. Это означает, что в равных количествах нейтроны вызывают в 3 раза больше повреждений биологической ткани, чем рентгеновские лучи. Ионизация клеточной среды вызывает образование растворенных в ней химически активных свободных радикалов. Они взаимодействуют с жизненно важными макромолекулами типа ДНК, что приводит к дисфункции или гибели клетки. Биологическое действие облучения пропорционально дозе. Высокие дозы облучения прерывают клеточный метаболизм в вызывают быструю гибель клетки. Умеренные дозы радиации вызывают тяжелые повреждения хромосом. Эти повреждения не проявляются до тех пор, пока не начинается митоз. Облученные клетки не способны разделиться, или же оказывается, что дочерней клетке не хватает необходимого генетического материала, поэтому она погибает или остается стерильной.