人体受中子照射时, 在体内产生的吸收剂量与多种因素有关, 包括中子能量、对人体的照射方向、中子源的体积大小及其对人的照射距离、照射的均匀性、受照射的个体大小, 等等。

中子照射剂量的表达, 因不同评价的需要而有不同的形式, 如吸收剂量和有效剂量。吸收剂量中又包括红骨髓剂量、某个器官或组织(如肺、肝、胃、直肠、性腺、皮肤等)的平均吸收剂量、全身平均吸收剂量等。

作者考虑中子剂量的实际测量和事故应急评价的需要, 根据ICRP 74号出版物^[1]中单能中子单位注量照射在拟人模体上对于质量较大的5个主要器官与组织(肺、肝、红骨髓、胃、直肠)产生的吸收剂量, 用中国参考人这5种器官与组织的质量^[2]进行权重, 计算了中国参考人单位中子注量照射产生的全身平均吸收剂量。中国参考人与西方参考人在身高、器官重量等方面有一定差异, 用中国参考人的数据权重更适合于我国的人群特点。

在评价中子照射引起的损伤时, 有时需要分析体内重要器官和组织受照射的吸收剂量, 但这种分析往往需要较长时间才能获得结果。在事故应急处理中, 为了及时准确地对伤者进行分类救治, 避免因时间贻误导致严重后果, 事故后要求能尽快地对人体受照射剂量进行快速评价, 全身平均吸收剂量实际上是最有用的代表值。此外, 当前, 用生物物理方法测量和评价中子剂量的最常用和比较成熟的方法, 是测定受照者血液中²⁴Na的活度浓度^{[3, 4]}, 而血液分布于全身, 血液内的²⁴Na活度浓度代表的是全身平均吸收剂量。因此, 全身平均吸收剂量能与实际测量方法的评价有良好的内在适应性。

1 计算方法与结果

假设能量为E的中子单位注量照射中国参考人产生的全身平均吸收剂量是F_D (E), 对某个器官或组织i产生的平均吸收剂量是F_Di (E), 器官或组织i的质量是W_i, 则F_D (E)由下列关系式计算:

(1)

公式中的F_Di (E)由文献[1]给出(即该文献中的D_T/Φ)。

评价人体照射损伤的关键是深部器官和组织的吸收剂量。原则上说, 公式(1)中的i应包括体内所有器官和组织。但实际上, 根据各器官剂量对于全身吸收剂量的贡献以及文献[1]所能提供的主要数据, 全身平均吸收剂量主要决定于质量较大并位于体表 1 cm以深的红骨髓、肝、肺、直肠和胃的吸收剂量, 所以本文计算中用这5个器官和组织进行代表计算。按文献[2]中国参考人的红骨髓、肝、肺、直肠和胃的W_i分别是1 000、1 410、1 250、330、和140 (g), 其中胃和直肠的质量是根据文献[2] (185、187页)中给出的微量元素的浓度和含量计算出。

F_D (E)对应于中子能量E的计算结果列于表 1。图 1是对前向照射以曲线形式作的显示。在表 1中列出的²⁵²Cf中子谱的F_D (E)平均值F_DCf是用中子的能量分布权重计算得到。按文献[5]的²⁵²Cf中子能量注量区间分布和文献[6]的中子谱分布近似公式计算的结果相差很小。²³⁵U裂变中子的平均值F_DU是用中子能谱的瓦特分布公式^[7]权重计算获得。

在表 1中, 照射方向AP、PA、、RLAT、LLAT、ROT、ISO分别表示中子对人体从前向、背面、右侧、左侧、人体旋转、各向同性的照射。具有符号“---”者表示因缺乏数据而未予计算。

对于任何事故中子谱, 单位中子注量产生的平均吸收剂量F_D可以根据表 1的数据按中子谱进行权重得到。在事故发生后, 一旦确定了事故中的中子照射注量Φ (cm²), 则全身的平均吸收剂量(Gy)为:

2 讨论

(1) 由表 1的计算结果可以看出。单位中子注量照射产生的全身平均吸收剂量F_D (E)与照射方向有密切关系, 总的来说, 中子对人体前后方向照射产生的F_D (E)最大, 左侧照射最小。

(2) 对任何能量的中子, 单位注量对前向与后向照射产生的F_D (E)相差不大, 中子能量越大, 相差越小。50 keV能量以上的中子前后方向的数值相差基本上都在3%以下, 有的不足1%。

(3) 单能中子照射对于人体各器官产生的吸收剂量F_D (E)是计算各种中子谱相应值的基础。有关单能中子器官的F_D (E)有许多作者进行了大量计算, 但有些计算结果相差较大。文献[1]所列出的数据是ICRP综合比较和分析了许多作者独立的计算结果后推荐的数据(各作者的数据基本一致), 比较合理和可靠, 因此, 表 1的计算结果是以文献[1]的数据为基础进行。

(4) 由于我国尚无骨髓质量的研究值, 因此, 在公式(1)计算中对红骨髓的质量, 采用了文献[2] (65页)所列的亚洲人的数据(1 000 g)。如果用ICRP参考人骨骼质量与我国参考人骨骼重量推算, 可以计算出我国成年人红骨髓靶器官质量约为1 200 g。假如用1 200 g代替公式中的1 000 g进行计算, 则F_D (E)的计算结果与表 1的数据相比, 前向照射计算结果略小, 而背向照射略大, 但差异均只有约1%。可见, 红骨髓质量差异引起的F_D (E)变化不大。

(5) 正如前面已经提到的, 目前中子剂量测量的主要方法是测量受照射者血液中的²⁴Na活度浓度, 而血液分布于全身, 可代表全身的吸收剂量^[3]。在事故后一旦能确定事故中子谱和血液²⁴Na活度浓度就可确定中子照射注量(参见文献[3, 8]), 并按公式(2)计算出中子吸收剂量。

(6) 由表 1可见, 单位中子照射注量产生的吸收剂量与照射方向有关。在实际事故中, 照射方向的判断需要根据事故受照射人员的在照射场所活动的具体状况确定。分析以往国外临界事故中的严重受照者的特点(略), 可以发现, 大多数属于前向照射。作者用拟人模体进行了中子实验, 对于照射方向也可用受照射后体表的²⁴Na γ计数率大小作辅助判断^[9], 如果是侧面照射, 在人体左、右两侧腋下肋骨中线对称位置体表测量的²⁴Na γ计数率, 照射方向一侧明显大于对侧, 同时, 在背部脊骨两侧针对肺叶中部等距离表面处的计数率照射侧也明显大于对侧。而前后向照射时背部两侧基本相等。并且, 前向照射时在胸骨中线上针对心脏部位处的计数率将明显大于该背部两侧的计数率, 背向照射则相差较小。