ГНЦ РФ Институт биофизики

ОПАСЕН ЛИ ТРИТИЙ, ОБРАЗУЮЩИЙСЯ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОСМИЧЕСКИХ И ДРУГИХ НЕЙТРОНОВ?

Нейтроны при столкновении с легкими ядрами (азота-14, лития-6, гелия-3) приводят к образованию трития:

+ => + 3 (реакция с небольшим сечением проходит на тепловых нейтронах, но в основном участвуют быстрые нейтроны. Содержание азота-14 в естественной смеси этого элемента 99,6%);

+ => + (реакция проходит в основном на тепловых нейтронах и имеет широкий резонанс при энергии нейтронов 250кэв). Содержание изотопа в естественной смеси изотопов этого элемента составляет 7,52%;

+ => + (реакция проходит как на тепловых так и на промежуточных и быстрых нейтронах). Содержание в естественной смеси изотопов гелия составляет 1,3х10-4%, но необходимо помнить, что тритий (с периодом полураспада 12,3 года) распадается на гелий-3, бета-частицу и нейтрино; и гелий-3 опять может участвовать в нейтронной реакции.

Содержание лития в человеке может достигать 3мг. Содержание азота в воздухе составляет 78%, в почвах 0,1%, в живом веществе (в человеке) 0,3%, в породах 1—2%, в воде 4×10–3%. [3]. Причем содержание вышеперечисленных элементов в человеке крайне неравномерно (смотри рисунок ниже).

Теоретически образование трития без учета его распада оценивается по формуле:

Ψ = ІNσ (1)

где Ψ — число образовавшихся атомов трития за 1 с в 1 см3; І — число нейтронов через 1 см2 в 1 с; N — число атомов (лития или азота) в 1 см3; σ — сечение нейтронной реакции в барн (1 барн = 10–24 см2). Сечение для азотной реакции сотни барн, для литиевой – около тысячи барн для тепловых нейтронов и резонанс в десятки барн для энергии 250кэв. Сечение для гелиевой реакции около шести тысяч барн. Одна тритиевая единица (ТЕ) соответствует содержанию 1 атома трития в 1018 атомов водорода (для воды число атомов водорода в 1 см3 равно 2/18 от числа Авогадро т. е. 6,7х1022). Это (в частном случае для воды в организме) дает возможность сравнить теоретическую оценку для реакции нейтронов с литием, гелием-3 и азотом по формуле (1) с натурными данными содержания окиси трития в моче и т. д. Причем 1ТЕ=0,1181Бк/кг. Важно воспроизводство трития из распавшегося трития по реакции: + => + с σ = 5333 барн. Сечение такой реакции велико, что объясняет эманацию водорода, однако затрудняет оценку равновесного количества природного трития в человеке.

Источниками тепловых, быстрых и медленных нейтронов в земной атмосфере и на поверхности земной коры являются не только космичес­кие лучи, но также радон и его ДПР, создающие потоки альфа-частиц с энергиями от 5 до 9 МэВ. Ядер­ное взаимодействие альфа-частиц с ядрами химических элементов горных пород и воздуха приводит к образованию нейтронов по реакции (α, п).

Дополнительным внутренним источником быстрых нейтронов являются также естественные радионуклиды уранового и ториевого ряда, содержащихся, в основном, в скелете человека.

Чтобы оценить образование трития по формуле (1) необходимо знать плотность потока нейтронов, проходящих через ткани и органы тела человека. В работе [2] указана величина у поверхности Земли около 1 нейтр./(см2×с). В работе [1] указаны потоки около 0,2-0,1 нейтр./(с), причем доля быстрых нейтронов в этих потоков велика. Тогда образование трития по формуле (1) для литиевой, гелиевой и азотной ядерной реакции может оцениваться в сотнях тритиевых единиц (десятки Бк в кг ткани или литре воды человека). Эта величина в десятки раз превышает средние фоновые концентрации трития в природе – несколько Бк/кг [3]. Исходя из этого превышения, оценки необходимо уточнить для определения опасности этого природного трития в образовании раковых заболеваний. Вероятно, что здесь надо ориентироваться не на окись трития, у которой период полувыведения из организма 9,7 суток; а на органически связанный тритий с периодом полувыведения до 450 суток [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. , , и др. Земная кора — активный источник нейтронов. — Вестник МГУ. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2002, № 5, с. 69—73.

2. Естественный нейтронный фон атмосферы и земной коры. — М.: Атомиздат, 1966. или , О пространственном распределении нейтронов космического излучения вблизи поверхности раздела атмосфера-земля. Журнал «Атомная энергия» Т.27, вып.4 (октябрь 1969). С.352-353.

3. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. Справочник. Ленинград. Химия.1990, с8,57,259.

Рисунок. Изотопный состав человека.