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辐射防护界关注的辐射生物效应主要有两种类型——确定性效应和随机性效应。脱氧核糖核酸（DNA）是遗传信息的主要载体，它的损伤将直接导致生物体遗传信息的改变或缺失，如果不能获得及时有效的修复，将导致细胞的突变或死亡。过去半个世纪以来，放射生物学界一个重要的关注点就是，不同品质电离辐射对健康危害的量化，以及人类癌症危险由高剂量、剂量率外推到低剂量、剂量率的可信度。过去的十几年中，随着分子生物学技术的快速进步以及理论方法的发展，电离辐射生物效应的机理研究和解释逐渐成为关注的焦点。径迹结构方法为了解辐射损伤基本机理提供了理论基础，它跟踪各种粒子（包括电子、质子等物理粒子，以及自由基等化学粒子）的“轨迹”，为探寻那些影响最终电离辐射生物效应的参数提供了有力的工具。本课题利用径迹结构方法来模拟单能电子（10eV-100keV）从入射DNA水溶液到最终产生DNA损伤的早期物理和化学变化过程。所谓“早期”，是指DNA修复之前的阶段，即物理和化学阶段，大约在10-5s以内。本课题具体研究内容为：1)利用MOCA15程序计算一定能量的入射电子在水介质中的径迹分布情况，获得每次事件的能量沉积，以及导致水分子电离、激发的分布情况；2)利用电离、激发的数据获得水溶液中自由基的分布情况；3)建立模拟DNA损伤的整体模型，以及DNA分子的精细结构模型；4)在此模型基础之上，考虑直接能量沉积和自由基对DNA的影响和损伤情况；5)对DNA的损伤情况进行分类，获得各种损伤类型的数据，以便于对辐射导致的生物学效应进行评估。本课题利用C#语言编写计算程序来实现低能电子诱发DNA损伤的物理化学阶段的模拟，最终获得DNA损伤的基本数据，包括双链断裂（DSB）产生率、单链断裂（SSB）产生率，以及碱基损伤（BD）产生率等。并且在此基础之上进行数据的分析、比较。通过对计算结果的分析，得到以下结论：1)物理径迹（直接能量沉积）和化学径迹（自由基）与DNA的反应（hit）主要以“发生作用但未造成损伤”（NB，no break）的形式存在，而在链断裂中，主要也是以容易修复的单链断裂（SSB）为主；2)在为数不多的DSB中，复杂DSB占到相当数量的份额（30％～50％）；3)从损伤来源看，间接损伤占有相当大的份额，尤其是对于构成DSB，贡献很大；4)根据理论计算的结果与实验数据的比照，验证了最基本的假定，即DNA是辐射作用的主要“靶”。此外，本课题还讨论了放射生物学领域基因组不稳定性、旁效应、适应性反应对经典的靶理论的挑战。