Воздействие нейтронного излучения на человека¶
Нейтронное излучение — поток нейтронов, испускаемых при ядерных реакциях, делении тяжёлых ядер, спонтанном распаде некоторых изотопов и в результате взаимодействия космических лучей с веществом. Нейтроны — незаряженные частицы, поэтому не ионизируют среду напрямую, а передают энергию ядрам и протонам при столкновениях. Для человека нейтронное излучение относится к числу наиболее опасных видов радиационного воздействия: его качественный коэффициент (КК) в системе МКРЗО (МКДР) составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии нейтронов, что означает бо́льшую биологическую эффективность по сравнению с гамма-излучением или рентгеновскими лучами при той же поглощённой дозе.
¶Природа воздействия
Нейтроны не несут электрического заряда и потому свободно проникают в ткани, не тормозясь на электронных оболочках. Основной механизм потери энергии — упругие и неупругие столкновения с ядрами атомов, прежде всего с ядрами водорода, содержащимися в воде и органических молекулах тела. При столкновении с протоном нейтрон может передать ему до всей своей энергии; отдающие энергию протоны и другие ядра (углерода, азота, кислорода) создают плотную ионизацию вдоль коротких траекторий. Так формируется линейная передача энергии (ЛПЭ), которая для протонов торможения достигает 100 кэВ/мкм и более — на порядок выше, чем у электронов при гамма-облучении.
Дополнительно нейтроны вызывают ядерные реакции, в частности захват нейтронов ядрами натрия (образование натрия-24), фосфора, кобальта и других элементов, что создаёт вторичное гамма-излучение и индукционную радиоактивность. В тканях образуются радиоактивные изотопы, продолжающие облучать организм изнутри.
¶Острая лучевая болезнь
Основное последствие массивного облучения нейтронами — острая лучевая болезнь (ОЛБ). Пороговая доза для её развития при нейтронном облучении оценивается в 0,5–1,0 Зв (с учётом КК). Клиническая картина при ОЛБ от нейтронов имеет ряд особенностей по сравнению с гамма-облучением:
- Кожные поражения проявляются при меньших дозах и раньше: эритема возникает через 1–2 недели, часто с волосяным выпадением, отёком, пузырями. Поражение кожи при нейтронном облучении нередко сочетается с глубоким повреждением мышц и костей.
- Костно-мозговой синдром развивается при дозах свыше 1 Зв: угнетение кроветворения, лейкопения, тромбоцитопения. Восстановление кроветворения медленнее, чем при гамма-облучении.
- Поражение желудочно-кишечного тракта (кишечная форма) возникает при дозах 6–10 Зв и характеризуется тошнотой, рвотой, диареей, обезвоживанием.
- Церебрально-васкулярная форма при дозах свыше 20 Зв приводит к отёку мозга и гибели в течение первых суток.
Инкубационный период при нейтронном облучении короче, чем при равнозначном гамма-облучении, что отражает бо́льшую плотность ионизации и тяжесть повреждений.
¶Отдалённые последствия
После перенесённой ОЛБ и при хроническом облучении нейтронами развиваются отдалённые эффекты:
- Онкологические заболевания: лейкемия (пик заболеваемости через 5–7 лет после облучения), рак щитовидной железы, лёгких, молочной железы. Риск рака растёт линейно с дозой без выявленного порога (линейно-пороговая модель ЛПМ).
- Катаракта: хрусталик глаза — один из наиболее радиочувствительных тканей; нейтроны вызывают помутнение хрусталика при дозах от 0,5 Зв.
- Генетические эффекты: повреждение ДНК в половых клетках, теоретически приводящее к наследуемым мутациям, хотя подтверждённые случаи у человека не выявлены.
- Снижение продолжительности жизни при хроническом облучении в дозах, превышающих фоновые уровни.
¶Факторы, определяющие тяжесть поражения
| Фактор | Влияние |
|---|---|
| Энергия нейтронов | Термальные нейтроны (<0,5 эВ) захватываются ядрами, формируя вторичное гамма-излучение; быстрые (>1 МэВ) вызывают плотную ионизацию |
| Доза и мощность дозы | Определяют форму ОЛБ и вероятность смертельного исхода |
| Равномерность облучения | Местное облучение конечностей переносится легче, чем тотальное |
| Экранирование | Водные и полиэтиленовые экраны эффективно замедляют и поглощают нейтроны |
| Время облучения | При равной суммарной дозе разовое облучение опаснее фракционированного |
¶Защита
Основные средства защиты от нейтронного излучения — замедляющие материалы, богатые водородом: вода, полиэтилен, бетон. После замедления нейтроны поглощаются ядрами бора, кадмия, лития. Комбинированные экраны (слой водородсодержащего материала + слой поглотителя) обеспечивают эффективную защиту. На объектах атомной промышленности и в военных целях применяются также индивидуальные средства защиты с борсодержащими компонентами.
¶Применение и связанные явления
Нейтронное излучение находит применение в медицине (нейтронная захватная терапия при некоторых видах рака, прежде всего глиобластоме), в дефектоскопии, в научных исследованиях. Однако в военных целях нейтроны являются компонентом ядерного оружия, и их воздействие на людей рассматривается как один из факторов поражения при ядерном взрыве наряду с ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией.
Исторические данные о воздействии нейтронов на человека получены преимущественно при авариях на ядерных объектах (Чернобыльская АЭС, 1986 г.; атомные подводные лодки) и при анализе последствий атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, где нейтронный компонент составлял небольшую долю общей дозы. Наиболее детальные данные о биологическом действии нейтронов получены на животных моделях и в экспериментах по дозиметрии.
Источники:
- «Радиационная биология. Радиационный фактор» / под ред. Р. М. Тиссэ — М.: Наука
- «Основы дозиметрии и защиты от излучений» / под ред. А. В. Черкасова — М.: Энергоатомиздат
- ГОСТ 12.1.016-79 «ССБТ. Работы радиационные. Нормы радиационной безопасности»
- Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ), публикации по качественным коэффициентам излучения
- «Лучевая болезнь человека» / под ред. Л. А. Ильина — Л.: Медицина