Neutrons and carcinogenesis: a cautionary tale

The best estimates for radiation induced cancer and leukemia are based on the Japanese survivors of Hiroshima and Nagasaki. With the earlier dosimetry systems of the 1960s, it was possible to derive an RBE (relative biological effectiveness) for neutrons from the Japanese data, because it was thought that there was a significant neutron dose at Hiroshima compared with Nagasaki. The estimated RBE of about 20 was consistent with laboratory estimates for oncogenic transformation in vitro and tumors in animals. The revised dosimetry of the 1980s [DS 86] essentially eliminated the neutron component at Hiroshima, and consequently removed the only neutron RBE estimate based on human data. However, recent neutron activation measurements indicate that there may indeed have been thermal neutrons at Hiroshima, and measurements of the ratio of inter- to intra-chromosomal aberrations in peripheral lymphocytes of survivors also tend to indicate that the biologically effective dose was dominated by neutrons. Another area in which the large biological effectiveness of neutrons assumes importance is the production of photoneutrons in high energy medical linear accelerators (Linacs). An increasing number of accelerators operating in the 18 to 20 MV range are coming into routine clinical use and at this energy, photoneutrons generated largely in the collimators result in a total body dose to the patient. The increased risk of second malignancies must be balanced against the slight improvement in percentage depth doses compared with more conventional machines operating at 6 to 10 MV, below the threshold for photoneutron production. L’évaluation des risques d’induction de cancers ou de leucémies par les rayonnements ionisants repose sur l’étude des populations survivantes aux explosions d’Hiroshima et de Nagasaki. Les premiers systèmes dosimétriques utilisés dans les années 1960 ont permis, à partir des données japonaises, d’évaluer une EBR (efficacité biologique relative) des neutrons parce que la dose neutron était considérée comme significativement supérieure à Hiroshima qu’à Nagasaki. L’EBR estimée aux environs de 20 était bien corrélée aux valeurs expérimentales in vitro et in vivo pour l’oncogénèse. Les nouvelles évaluations dosimétriques réalisées dans les années 1980 en éliminant la composante neutron à Hiroshima ont par conséquent supprimé la seule valeur d’EBR dérivée de données humaines. Cependant des mesures récentes d’activation neutronique indiquent qu’il y avait en réalité des neutrons thermiques à Hiroshima. Les mesures du rapport des aberrations inter et intra-chromosomiques dans les lymphocytes périphériques des survivants tendent à indiquer que la dose biologique effective était dominée par les neutrons. Un autre domaine dans lequel il faut prendre en compte la valeur élevée de l’Efficacité Biologique des neutrons est celui des photoneutrons produits par les accélérateurs linéaires médicaux. Un nombre de plus en plus grand d’accélérateurs d’électrons de 18 à 20 MV sont utilisés en routine pour le traitement des malades. À ces énergies, un grand nombre de photoneutrons sont générés dans les collimateurs et provoquent une irradiation corporelle totale des patients. L’augmentation du risque de survenue d’une deuxième pathologie maligne doit être mise en balance avec l’amélioration relative des rendements en profondeur par rapport aux appareils de 6 à 10 MV opérant sous le seuil de production des photoneutrons.