книги из ГПНТБ / Биологические эффекты неравномерных лучевых воздействий

БИОЛОГИЧЕСКИЕ

ЭФФЕКТЫ

НЕРАВНОМЕРНЫХ

ЛУЧЕВЫХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ

Под редакцией доктора медицинских наук Н. Г. Даренской

М ОСКВА АТОМ ИЗДАТ 1974

ВВЕДЕНИЕ

Среди физических факторов, оказывающих влияние на био­ логическое действие излучений, характер макропространственного распределения поглощенной дозы имеет существенное зна­ чение. В течение последних почти двух десятилетий радиобио­ логи стремились изучать лучевое поражение в условиях равномерного распределения поглощенных доз. Были опреде­ лены основные количественные закономерности биологического действия излучений и изучены особенности лучевого поражения при воздействиях в широком диапазоне доз.

Между тем анализ условий облучения людей при аварийных ситуациях показывает, что в большинстве случаев имело место

ные варианты неравномерных воздействий наблюдались при

возможны в условиях космических полетов (Ю. Г. Григорьев и др., 1965, 1970; Г. Ф. Невская и др., 1969, 1970).

Сопоставление особенностей клинических проявлений луче­ вого поражения у людей, подвергшихся облучению в условиях аварий, с изменениями у животных при равномерном облучении выявило некоторые различия, что потребовало постановки специальных исследований для изучения закономерностей раз­ вития лучевого поражения в различных условиях неравномер­ ного распределения поглощенных доз.

За последние годы в ряде коллективов нашей страны прове­ дены исследования по сравнению поражающего действия излу­ чений разных видов в условиях одностороннего и многосторон­ них лучевых воздействий, а также при субтотальных лучевых

3

I. ОЦЕНКА НЕРАВНОМЕРНОСТИ ЛУЧЕВОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ЧЕЛОВЕКА

В УСЛОВИЯХ ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА

Гамма-нейтронное излучение ядерного взрыва является од­ ним из поражающих факторов ядерного оружия, и его действие на человека зависит от характера ядерного заряда и от усло­ вий облучения [1].

С точки зрения исследования тканевых доз у- и нейтронной компонент мгновенной радиации наибольший интерес представ­ ляет взрыв малой мощности. В этих условиях ^-нейтронное излучение оказывается важным поражающим фактором, при­ чем преобладает нейтронное излучение, существенно поглощае­ мое телом человека [2].

Возможное распределение тканевой дозы нейтронов и у-из- лучения в теле человека, находящегося па открытой местности, в случаях большого (малые калибры, малые расстояния) и ма­ лого (большие калибры, большое расстояние) вклада нейтро­ нов представлено на рис. 1. При этом были использованы дан­ ные о спектрально-угловом распределении нейтронного и у-излучепий в воздухе [1] и результаты расчетов | 2].

Виден различный ход ослабления дозы нейтронов и у-нзлу- чения. Если доза у-излучения уменьшается монотонно от поверх­ ности тела, обращенной к источнику, и перепад дозы от перед­ ней к задней поверхности, т. е. коэффициент неравномерности (/Си) составляет 2,3, то доза нейтронов, также спадая от перед­ ней поверхности, затем несколько возрастает у задней. Макси­ мальный перепад дозы достигает пяти, а перепад дозы между передней и задней поверхностями — трех. Такой характер изме­ нения нейтронной дозы обусловлен тем, что заметный вклад вносят рассеянные нейтроны, за счет которых и создается доза на задней от источника поверхности тела. Суммарная доза у-нейтронного излучений также убывает с глубиной не монотон­ но, а несколько возрастает у задней поверхности. Минимумы суммарной дозы и дозы нейтронов расположены не на одной глубине.

В тех случаях, когда доза обусловлена практически только у-излучением (см. рис. 1), наблюдается монотонное изменение дозы с глубиной, перепад достигает 2,5, и нет необходимости иметь подробные сведения о распределении компонентов дозы.

5

В связи с отмеченной неравномерностью в распределении дозы нейтронов в теле человека и необходимостью изучения их

Рис. 1. Глубинное распределение дозы в теле чело­ века при большом (--------) и малом (-----------------)

вкладах нейтронов в суммарную дозу (за 1,0 при­ нята суммарная доза у-нейтронного излучения на по­ верхности тела, обращенной к источнику излучения).

биологического действия в качестве примера было рассчитано

Рис. 2. Йзодозное распределение ней­ тронов ядерного взрыва в эллиптиче­ ском сечении торса человека, раду, Усм2/нейтрон (стрелкой обозначено направление потока нейтронов). Для перехода к единичному потоку ней­ тронов приведенные значения умнр-

жить на два.

Л

зи с этим радиобиологов в первую очередь интересуют дозы, поглощенные клетками красного костного мозга.

Анализ литературных данных показал, что красный костный мозг распределен по скелету человека неравномерно [3]. Наи­ большая часть костного мозга сосредоточена в костях таза, позвоночнике и костях черепа (26, 27 и 13% соответственно). Наблюдаются значительные различия в содержании красного костного мозга в ребрах и позвоночнике, например: в двенадца­ том ребре его в пять раз меньше, чем в седьмом, а в первом грудном позвонке в три раза меньше, чем в пятом поясничном,

ит. п.

Вкачестве примера вычислено распределение дозовой на­

грузки на красный костный мозг, локализованный в костях торса человека при действии нейтронов ядерного взрыва. Рас­ чет распределения красного костного мозга сделан для стандарт­ ного человека. При этом не учитывали микроструктуру костей и принимали, что концентрация костного мозга, локализованного в той или иной кости, постоянна. Для упрощения расчета торс человека был разбит на три секции: грудная клетка (между 7-м шейным и 10-м грудным позвонками), верхняя часть живота и таз. Кости скелета, попадающие в перечисленные секции, пред­ ставлены на рис. 3 в виде проекции на горизонтальную плос­ кость. Можно видеть, что красный костный мозг распределен по торсу человека неравномерно: наибольшая концентрация его приходится на кости крестца.

а

Рис, 3. Распределение красного костного мозга в костях грудной клетки (а).

7

4

а

Для удобства расчета эллиптическое сечение фантома торса человека разбивали на ячейки, для каждой из которых было определено содержание красного костного мозга в граммах. Зная изодозиое распределение нейтронов (см. рис. 2), определя­

§ 30

1Ь 20 25 30-10'

Доза, рад/нейтрон

Рис. 4. Распределение массы красного костного мозга по дозе.

ли дозу нейтронов в той или иной ячейке при облучении со сто­ роны груди. На основании полученных данных представили зависимость распределения массы красного костного мозга от дозы излучения (рис. 4) отдельно для трех частей скелета и для всего торса.

Видно, что облучение костного мозга нейтронами является неравномерным и неодинаковым для разных частей торса. Наибольшую дозу получает костный мозг, находящийся в ко­ стях грудной клетки; наименьшую — в позвоночнике, на уровне рерхней части живота, Если за 100% принять среднюю дозу

9