輻射引發DNA結構改變的大致過程是什麼？
最近在閱讀薛定諤寫的《生命是什麼》，薛定諤提出，基因突變本質上來說是量子躍遷。在現實觀察中，確實各種粒子流都會導致基因突變，我想知道為什麼粒子流會引發脫氧核糖核酸鏈的結構會被粒子流改變，其原理是什麼？是否能用預防粒子流的方法來抑制基因突變，從而能構建出穩定的基因元件？
謝邀，這個問題比較有意思但是描述上有一點不妥。我看到的問題是這個樣子的
先要講清一點，輻射≠粒子流，引起DNA變化的輻射主要是電離輻射和UVC，而電離輻射主要是α射線、β射線、γ射線、X射線、高能中子流等等，其中α射線、β射線、高能中子流算粒子流，而γ射線、X射線和UVC一樣都是電磁輻射，說到底就是光。
那咬文嚼字完了再來回答題主的問題。電離輻射引起的DNA損傷基本上並不是直接作用於DNA上而導致的，在整個細胞當中，DNA所佔的比例其實是很小的，作為一個牛逼的電離輻射，它沒道理放過細胞中的大多數物質而僅僅針對DNA。所以電離輻射主要都是先在細胞里搞出各種自由基，比如羥基自由基、氫自由基、水合電子等等——因為水是細胞里最多的，所以由水產生的自由基也是最多的。此後的DNA損傷其實就是自由基對DNA的損傷了，比如在鹼基上加個水啊，加個氫啊，最要命的是直接把DNA鏈斷裂；相應的，這些自由基對細胞造成的損傷也不會僅限於DNA，各種亞細胞結構都會遭到破壞，所以一般被大劑量電離輻射的動物或者人（比如曾經有個哥們兒撿了一個γ射線源，以為是個鑰匙鏈就揣兜兒里了，結果就……）都是直接組織壞死身體潰爛而亡，基本上不會有癌變的機會。小劑量電離輻射對人的影響現在還沒有一個很明確的說法，甚至有人認為小劑量的電離輻射可能對生物體起到「刺激和興奮」作用，可能調節免疫功能，降低腫瘤發生率。 但總的說來，至少用量子理論解釋這個過程是不太合適的。
再有就是UVC，也就是200-280nm波長的紫外線輻射，這個是引發皮膚癌最關鍵的因素，原因是UVC導致了相鄰的胸腺嘧啶交聯，形成了胸腺嘧啶二聚體，這一損傷不會直接引發細胞死亡，但是會鹼基配對錯誤，從而導致了DNA的突變。
雖然這是個[2+2]環加成，好像可以用前線軌道理論來說說？抱歉T-T交聯發現這麼多年，該損傷的修復機制也被研究的差不多了，但是它的形成機理大家還是莫衷一是。最大的原因可能在於，對於那些擺好姿勢的胸腺嘧啶（T-T交聯要兩個胸腺嘧啶背靠背才行，這不是一個正常的優勢構象）這個反應實在是太快了，在一個皮秒（10^-12秒）之內就能完成，而對於那些姿勢不對的胸腺嘧啶，照不照UV基本沒啥區別，本來人家也交聯不上。所以所謂的「量子過程」能在這裡邊起多大作用，也就不是很好講了。
一、你要搞懂什麼是輻射
輻射指的是由場源出的電磁能量中一部分脫離場源向遠處傳播現象，能量以電磁波或粒子（如α粒子、β粒子等）的形式向外擴散。也就是說，輻射是指電磁波或者粒子向外擴散。
自然界中的一切物體，只要溫度在絕對溫度零度以上，都以電磁波和粒子（放射性物質衰變時放射出來的）的形式時刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式被稱為輻射。比如烤火，燃燒的炭的能量以電磁波（紅外線、可見光）的形式輻射出來，然後這些電磁波加熱了我們人體的組織和周圍的空氣，我們就感覺到暖和了。
除去很難接觸到的核輻射（如α粒子、β粒子等射線）以外，我們接觸到的基本都是電磁波輻射。
按照能不能把物質電離：
1.電離輻射與DNA
擁有足夠高能量的輻射，可以把原子電離。一般而言，電離是指電子被電離輻射從電子殼層中擊出，使原子帶正電。
由於細胞由原子組成，電離作用可以使原本共價連接的原子形成帶電原子，從而打斷細胞中的DNA或者蛋白質，引發癌症；輻射劑量過大導致細胞死亡，甚至機體死亡。電離輻射引致癌症的幾率取決於輻射劑量率及接受輻射生物之感應性。α、β、γ輻射及中子輻射均可以加速至足夠高能量電離原子。
非電離輻射之能量較電離輻射弱。非電離輻射不會電離物質，而會改變分子或原子之旋轉，振動或價層電子軌態。非電離輻射對生物活組織的影響被研究的時間並不長。不同的非電離輻射可產生不同的生物學作用。
二、什麼是電磁波？
電磁波同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生髮射的震蕩粒子波，其實就是光。依據人眼睛的可識別程度，分為可見光和不可見的光。電磁波不同的波長和頻率下有著不同的名字，如下圖：?
我們可以看出，其實可見光在整個電磁波的範圍中佔得比例很小，大部分的光我們都是看不見的。而且每種電磁波都有它的用處，比如能量最高的γ射線，可以用來切割癌組織，做手術用；能量較低的波可以用來傳送電視、廣播信號等等。
所以請想像，你的周圍飄蕩著多少長短不一的電磁波？
三、電磁波的輻射與DNA
前面說過，只要溫度在絕對零度以上的物體都會往外輻射出電磁波，那這些輻射有害嗎？
波長和頻率決定了電磁場的另外一個特性：電磁波是以小微粒光子作為載體的。高頻率（短波長）電磁波的光子會比低頻率（長波長）電磁波的光子攜帶更多的能量。一些電磁波的每個光子攜帶的能量可以大到擁有破壞分子間化學鍵的能力。
在電磁波譜中，放射性物質產生的伽馬射線，宇宙射線和X光以及部分紫外線具有這種特性，被稱作「電離性輻射」。光子的能量不足以破壞分子化學鍵的電磁場稱作「非電離性輻射」。
比如用來育種的紫外線，紫外線誘變處理的有效波長為200~300×10nm，最適為254nm(此為核酸的吸收高峰)。dna和rna的嘌呤和嘧啶吸收紫外光後，dna分子形成嘧啶二聚體，即兩個相鄰的嘧啶共價連接,二聚體出現會減弱雙鍵間氫鍵的作用，並引起雙鏈結構扭曲變形，阻礙鹼基間的正常配對，從而有可能引起突變或死亡。另外二聚體的形成，會妨礙雙鏈的解開，因而影響dna的複製和轉錄。總之紫外輻射可以引起鹼基轉換、顛換、移碼突變或缺失,即是所謂的誘變。
而組成我們現代生活重要部分的一些電磁場的人造來源，像電力、微波、無線電波，在電磁波譜中處於相對長的波長和低的頻率一端（比可見光的頻率還低），它們的光子沒有能力破壞化學鍵，曬太陽都沒什麼大問題，那被這些電磁波照射又有什麼恐懼的呢？
化學鍵破壞不了，那就不用擔心，至少DNA不會被打斷，所以也不會導致得癌症。
那這些低頻電磁波非電離輻射有什麼用呢，長期接受這樣的低頻電磁波輻射有什麼危害？
【微波爐】
我們以微波爐為例來說這個問題。微波爐是怎麼加熱食物的？讓我們從水說起。水分子是由一個氧原子兩個氫原子構成的，氧原子對電子的吸引力很強，所以水分子中的電子比較集中在氧原子那一頭，相應的氫原子那頭就少一些。整體來看，水分子就有一頭帶著正電，另一頭帶著負電。在化學上，這樣的分子就被叫做「極性分子」。
在通常的水裡，水分子是雜亂無章地排列的，正電負電衝哪個方向的都有。當水處在電場中的時候，正電的那頭就會轉向電場的負極，而帶負電那頭會轉向電場的正極——所謂的「異性相吸，同性相斥」。
如果是一個靜止的電場，水分子們排好隊也就安靜下來了。如果電場在不停地轉，那麼水分子就會跟著轉，試圖和電場保持一順兒的隊型。如果電場轉得很快，那麼水分子們也就轉得很快——類似摩擦生熱，水的溫度就升高了。
電磁波就相當於這樣一種旋轉的電場。用在微波爐上的電磁波每秒鐘要轉二十幾億圈，水分子們以這樣的速度跟著轉，自然也就「渾身發熱」，溫度在短時間內就急劇升高了。一旦微波停止，旋轉電場消失了，水分子們也就安靜下來，它們的世界也就回復清凈了。在這個過程中，水分子本身並沒有被微波改變。
不僅是水，其它極性分子也都可以被微波加熱。通常的食物中都含有水和其它極性分子，所以在微波作用下可以被迅速加熱。而非極性的分子，比如空氣，以及某些容器，就不會被加熱。我們平常熱完食物後覺得容器也熱了，往往是被高溫的食物給「燙」熱的。
輻射劑量大不大？
科學家們已經為我們作了大量的研究，找到了對人體產生傷害的最小微波功率。完好的微波爐，泄漏的微波功率距離傷害人體的強度還很遙遠——美國的規定是，在距離微波爐大約5厘米的地方，每平方厘米的功率不超過5毫瓦；而我國的標準更加嚴格，是1毫瓦。而且，微波的能量是按照距離的平方減弱的。也就是說，如果5厘米處是1毫瓦，50厘米處就降低到了百分之一毫瓦，更是「人畜無害」了。
所以，對於微波爐來說，只要是合格產品，使用中沒有損壞，就不會泄漏出能夠傷害人體的微波來。
微波爐使用中的另一個安全疑慮是塑料容器釋放的有害物質。的確，有些塑料在受熱的時候可能會釋放出一些有害的成分來。FDA測定了各種塑料容器在正常微波爐加熱中可能釋放到食物中的有害物質的量，要求這個量低於動物實驗確定的有害劑量的百分之一甚至千分之一，才可以標註為「可微波加熱」。所以，對於那些合格的「可微波加熱」的塑料容器，是相當安全的。當然，如果還是不放心，或者不相信廠家的標註名副其實，使用陶瓷或者玻璃容器也就心安了。
【電磁爐】
電磁爐的工作機理是電磁感應加熱，即通過磁場變化將電能在器皿內轉化為熱能。通常，電磁爐爐面的熱絕緣板下方裝有銅製線圈，電能轉換裝置在線圈中生成交流磁場（強弱不停變化的磁場），頻率一般由20kHz至40kHz，屬於極低頻電磁場範疇。交流磁場通過爐面的鐵磁性金屬器皿時產生渦電流和磁滯損耗效應，使電能轉化成熱能。
如果你暴露在了電磁場中會發生什麼？
暴露在電磁場之中並不是新的現象。然而，在20世紀，日益增長的用電需要，快速發展的新技術和社交方式的改變造就了越來越多的人造電磁場來源，環境中人造電磁場下的暴露量不斷增加。從電力的產生和傳輸，家用電器，工業設備到電信和廣播，無論家居還是工作，每個人都暴露在以複雜的方式混合的微弱的電場和微弱的磁場之中。
即使在外界沒有電場的情況下，我們人體內也會有作為正常身體功能的一部分的化學反應產生的很微弱的電流。比如，神經會以發送電脈衝的形式傳遞信號；大多數的生物化學反應，包括消化和大腦活動，都伴隨著帶電粒子的重新排布。心臟的電活動也是非常活躍的，醫生可以用心電圖來記錄下它們。
低頻的電場可以像影響由帶電微粒組成的其它物質一樣影響人體。當電場作用在導電材料上的時候，會影響表面的電荷分布。電場會使得電流從身體流向大地。
低頻的磁場可以在人體中感應出環流的電流。電流的強度取決於外界磁場的強度。如果電流足夠大，會產生對人體神經和肌肉的刺激，或者影響其它的生理過程。
電場和磁場都可以在人體中感應出電壓和電流，但是就算直接站在高壓電線的下方，身體中感應出的電流相比於可以產生電擊或者其他電效應的限值仍然是非常小的。
加熱是射頻電磁場的主要生理作用。在微波爐中，這一事實被用來加熱食物。人們平常接觸到的射頻電磁場的強度比可以產生明顯加熱效果的強度低得多。射頻電磁波的加熱效應是目前安全準則制定的主要依據。科學家也在研究長期暴露在可以加熱人體的臨界值以下產生效應的可能性。到目前為止，低強度長時間暴露在射頻和工頻的電磁場下的負面健康影響並沒有得到確證，但是科學家也在積極地進一步研究這一領域。
【結語】
離電離輻射遠一點，比如有下面圖標的地方：
因為輻射是放出能量啊，化合物中有些特定的結構或者基團，在吸收了剛好能夠滿足躍遷條件的能量後，基團或者某原子會發生躍遷。可能造成的後果就是出現自由基，或者是分子結構發生變化。
自由基危險係數很高，因為你不知道它會和什麼東西去發生反應。分子結構發生變化也是有危險的，甲基化試劑之所以是高致癌性試劑，就是因為它能夠給DNA結構填上多餘的甲基。基因突變，致癌性就出來了。
輻射引起的不止是DNA結構的改變，還有其他的結構也會發生變化。嗯，講道理感覺就是發生了光反應。要麼是光反應進行後，DNA結構出現變化。要麼是DNA正在活動呢，輻射造成的光反應使DNA的活動產生了多餘的副反應。副反應的產物就是變異的DNA
有專業的回答了，他們大多都很棒的，但是題主的問題實在太少兒了，以至於我想應該寫些科普的——
（有錯誤希望指正，畢竟知識僅限於大學時的幾個課本上，之後就沒有再了解過了）
依照我對於問題的理解，題主所說的輻射能夠引起原子核動能的改變，並且輻射粒子入射能不是很高，不能突破核子間的作用力使其結合，所以定義為電離輻射中的粒子輻射和一些高能電磁波輻射（都可以導致靶核電離）。所以，這道題中，破壞DNA結構的是一些重粒子，比如中子n、質子p、alpha粒子（雖然其實也沒有那麼重了），還有高能電磁波，比如短波紫外線。
首先說說理想情況：
以中子轟擊Au板的實驗為例，當他們飛掠（其實並沒有實際接觸，僅僅發生比如散射等「友好」接觸，因為其能量並達不到使二者接觸引起核結構改變的水平）這些原子核時，入射粒子和靶核的動量均改變（總能量不變）。這個過程會賦予靶核一定的速度，使其離開原有位置，這個過程會使晶體發生晶格形變。但是由於他們二者尺寸相比於原子本身來說都很小，所以反應發生的概率並不高，而且後果可認為是一定範圍內隨機的（反應角度限制）。
但是剛才所說的反應，對於DNA分子中的原子來說就是完全的破壞，一個原子的位移足以造成原DNA結構改變。那麼這個被破壞的分子廢了，或者改變了，但作為生物，咱們還能掙扎一下，我們的RNA開始工作，試圖修復破損的DNA，但是他有腦抽的時候，而且破壞程度也不相同，所以就會有一定概率發生各種變異。
這些粒子中，α和質子本身帶電，一般距離短時就能量消耗掉了（大學教授們多半會開的玩笑：alpha粒子用一張紙就可以攔住，我們的皮膚可以防α輻射），中子由於不容易反應，自重輕，不帶電荷，會在靶內穿行很長距離，所以外照射中子很可怕。但是內照射（放射源位於體內）就反過來了，畢竟α粒子體重大，帶電荷多，相比其他兩個小兄弟容易產生較大的破壞，所以——別惹胖子。
至於高能電磁波，也許是引起DNA分子內原子間的鍵位變化導致結構改變，這不屬於我擅長的領域，可以參考別的大神的詳細解釋。
此外，致癌（DNA改變）這一項輻射後效是隨機事件，不是確定性事件（發生存在閾值，一定劑量下沒有產生的可能）——即使受到少量輻射也會有概率產生此後果，後果發生概率與受輻射劑量相關。PS：輻射導致不孕屬於隨機性事件，不謝~
但是，
這些粒子不是善茬，他們照射人體時不光參與破壞DNA，而是會破壞沿途遇到並發生「遇到」的一切原子核（靶核）。大多數細胞就因為大量的結構破壞直接死掉了，沒機會變異，剩下的DNA被破壞，導致無法生產生成必要的蛋白質，所以大部分都沒有好下場。只有一小部分活下來的細胞會得到良性改變，或者成為生命的終極形態癌。所以不要想著變綠巨人，那要人品多麼好才能使全身細胞向著一個形態改變。
最後，說一下一般人的話：)怎麼預防輻射——
1，遠離輻射源，輻射強度和距離2次方成反比，這個是最有效的了吧？不要手賤去亂撿地上的小鋼珠，醫院裡不要隨便跑到放射科的工作間（醫生工作是有嚴格的流程的，這是他們的保障，希望有了解的大大寫出來分享），飯前洗手。
2，屏蔽措施，你喜歡穿個含鉛水泥板出門或者天天潛水，甚至披個鐵漁網蹭wifi，我真的不介意啊……PS：鉛防護服真的超級重。
3，多吃鹽，比如知乎《鹽》系列電子書。
下面講一個真實、娛樂小故事，權當消遣：
可以去翻維基百科（由於被牆，鏈接不貼了）
受加速器粒子流（電子，貌似，具體忘了）輻射的人——是一個俄羅斯老大爺，再一次試驗中將頭伸入加速器腔內檢查（這很戰鬥），而此時，他的同事開機測試粒子原發生器（僅激發器在工作，不然加速器加的電壓就足夠讓我們緬懷老大爺了），結果就是這位老爺爺——「當時感到強大的光亮充滿了我的一隻眼睛，只看到了一片光亮（電子在視網膜上作用產生光子？），感到有點麻痹，不過等我撤回來後，不適感消失」；「N小時後面部出現酥麻感，第2天皮膚開始發紅，第3天開始，面部出現浮腫「；「5天浮腫加劇」；「10天左右開始消腫了」；」15天後，浮腫完全消除，皮膚依舊發紅「，」一個月後基本沒有影響了，但偶爾頭痛，幾月後就沒有明顯反應了「。之後這位老先生繼續堅持在科研和教育上。
……為戰鬥民族點贊……
薛氏的某本書不足以作為生物學的參考書......雖然我沒看過，但是那個時代的人相比現在的人對生物學基本沒有什麼認識。這就像你想通過《自然哲學的數學原理》來學習物理學一樣。
在學習生物化學之前你需要建立起一個反應的條件和時間尺度的概念。分子鐘的理論之所以成立，是假定了DNA有一定的自發突變的概率。但是這個突變本身並不是指DNA本身結構發生改變。DNA分子是很穩定的，半衰期可以達到幾百年的時間，但是DNA在複製過程以及其它過程中有一定的錯誤率，所謂突變大多數是指在這類過程中發生的失真而不是因為受到輻射發生軌道躍遷而產生的。的確在受到高能射線照射的時候DNA分子也會發生結構的改變，但是在生物平常的生存環境中受到照射的劑量是很小的，即使會造成分子結構改變也會被體內的修復機制糾正。
此外我不是很清楚你所謂構建穩定的基因元件的目的是什麼，我們不就是想利用輻射來構造隨機突變的基因庫嗎，你穩定了要幹什麼用？
P.S. 標籤里那個"量子生物學"又是什麼jb玩意兒......量子佛學的新起點？
薛定諤那時代人們連DNA的結構都不知道，更別說基因突變的機理了。
不過發現DNA雙螺旋的Watson和Crick確實是被這本書激勵而跳進生物這個大坑的。推薦閱讀：