Чтение онлайн

6 августа 1945 года в 8:16 ядерный заряд, содержащий 64 кг урана, взорвался на высоте 580 м над японским городом Хиросима, с безжалостной точностью подтвердив уравнение Эйнштейна [108] . Сама по себе эта бомба была крайне неэффективной: распаду подвергся всего один килограмм урана, а в энергию превратились только 700 мг массы – столько весит бабочка [109] . Но этого было достаточно, чтобы за долю секунды полностью уничтожить город. Около 78 000 человек погибли в момент взрыва или сразу после него – были испарены, раздавлены или сожжены в огненной буре, прошедшей за взрывной волной [110] . К концу года еще 25 000 мужчин, женщин и детей заболели и умерли от воздействия радиации, высвобожденной первым в мире взрывом атомной бомбы в ходе военных действий.

Радиация – следствие распада нестабильных атомов. Ядра атомов различных элементов различаются по весу, определяемому числом протонов и нейтронов [111] . У каждого элемента уникальное число протонов, оно никогда не меняется, определяя «атомный номер» и положение элемента в периодической таблице: водород никогда не имеет больше одного протона, у кислорода их всегда восемь, у золота – 79. Но атомы одного и того же элемента могут иметь переменное число нейтронов, что дает различные изотопы: от дейтерия («тяжелый» водород – с одним нейтроном вместо двух) до урана-235 (металл уран с пятью добавочными нейтронами).

Добавление или удаление нейтронов из ядра стабильного атома превращает его в нестабильный изотоп [112] . Такой изотоп будет стремиться к восстановлению равновесия, отбрасывая части своего ядра в поисках стабильности – производя либо другой изотоп, либо иногда совсем другой элемент. Например, плутоний-239 отбрасывает два протона и два нейтрона из своего ядра, становясь ураном-235. Этот динамический процесс ядерного распада и есть радиоактивность, а высвобождаемая при этом энергия, которую ядра излучают в форме волн или частиц, – радиация.

Радиация окружает нас всегда и повсюду [113] . Она исходит от Солнца, и ее несут космические лучи, погружая города на большей высоте в фоновую радиацию более высоких уровней, чем в городах на уровне моря. Подземные залежи тория и урана испускают радиацию, как и каменные строения: камень, кирпич и штукатурка содержат радиоизотопы. Гранит, из которого построено здание Капитолия в США, настолько радиоактивен, что нарушает многие нормативы, установленные для атомных электростанций. Все живые ткани в той или иной степени радиоактивны: люди, как и бананы, излучают радиацию, поскольку и те и другие содержат небольшие количества радиоизотопа калия-40. В мышцах его больше, чем в других тканях, поэтому мужчины в целом радиоактивнее женщин. Бразильские орехи, содержащие радий в концентрации в тысячу раз выше, чем любой другой органический продукт, являются самой радиоактивной пищей в мире.

Радиация невидима и не имеет вкуса или запаха. Нам еще предстоит доказать, что до некоего уровня воздействие радиации полностью безопасно, однако она становится стопроцентно опасной, когда излучаемые частицы и волны обладают достаточной энергией, чтобы ионизировать (нарушить оболочку из электронов и превратить в заряженные ионы) атомы, составляющие ткани живых организмов. Такая радиация называется ионизирующим излучением.

Известны три основные формы ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Альфа-частицы относительно крупные, они движутся медленно и не могут проникнуть через кожу; даже лист бумаги блокирует их движение. Но если им удается проникнуть в тело другими способами – если их проглотить или вдохнуть, – альфа-частицы могут вызвать тяжелое повреждение хромосом и смерть. Радон-222, скапливающийся в виде газа в непроветриваемых подвалах, заносит альфа-частицы в легкие, где они вызывают рак [114] . Мощным источником альфа-излучения является один из канцерогенов, содержащихся в табачном дыме, – полоний-210 [115] . Этот яд, подсыпанный в чашку чая, убил в 2006 году в Лондоне бывшего офицера ФСБ Александра Литвиненко [116] .

Бета-частицы меньше и движутся быстрее альфа-частиц, они могут проникать глубже в живые ткани, вызывая видимые ожоги кожи и длительные генетические повреждения. Лист бумаги не защищает от бета-частиц, а вот алюминиевая фольга – или достаточное расстояние – защитят. На расстоянии свыше 3 м бета-частицы не наносят ущерба, но они опасны, если попадут внутрь организма. Организм ошибочно принимает их за базовые элементы, и бета-излучающие радиоизотопы могут достигать смертельной концентрации в отдельных органах: стронций-90, относящийся к той же химической группе, что и кальций, накапливается в костях, рутений всасывается кишечником, йод-131 откладывается в щитовидной железе у детей и может вызвать рак.

Гамма-лучи – высокочастотные электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света – имеют наибольшую энергию из всех форм ионизирующего излучения [117] . Они преодолевают большие расстояния, выводят из строя электронные приборы, задержать их могут только толстые слои вещества – бетона или свинца. Гамма-лучи беспрепятственно проходят через человеческое тело, пробивая клетки как микроскопические пули.

Если организм подвергается значительному ионизирующему излучению, это вызывает острую лучевую болезнь (ОЛБ), при которой ткани человеческого тела повреждаются и разрушаются на мельчайших уровнях [118] . Симптомы лучевой болезни включают тошноту, рвоту, кровотечения и выпадение волос, после чего происходит разрушение иммунной системы и костного мозга, распад внутренних органов и, наконец, смерть.

У пионеров атомных исследований, которые изучали «лучистую материю» в конце XIX века, воздействие радиации вызывало живое любопытство [119] . Вильгельм Рентген, открывший Х-лучи в 1895 году, был чрезвычайно заинтригован, увидев проекцию костей своей руки на стене лаборатории. Вскоре он сделал первую в мире фотографию в Х-лучах, сняв руку своей жены – вместе с обручальным кольцом, – и результат привел ее в ужас. «Я увидела свою смерть!» – сказала она [120] . Позже Рентген начал предпринимать меры, чтобы защитить себя от воздействия своего открытия, другие исследователи не были столь осторожны. В 1896 году Эдисон изобрел флуороскоп, прибор, который проецировал Х-лучи на экран, позволяя заглянуть внутрь предметов [121] . Во время этих опытов ассистент Эдисона многократно подставлял руки под Х-лучи. Когда на одной руке появились ожоги, ассистент стал подставлять другую. Однако ожоги не заживали. Со временем хирурги ампутировали ему левую руку и четыре пальца на правой. Когда рак распространился на всю правую руку, доктора отрезали и ее. Болезнь переместилась на грудь, и в октябре 1904 года он умер, став первой жертвой искусственной радиоактивности.

Даже когда стал очевиден вред от поверхностного воздействия радиации, опасность облучения внутренних тканей осознавали плохо [122] . В начале ХХ столетия аптекари продавали средства, содержащие радий в качестве тонизирующего, и люди их пили, веря, что радиоактивность передает энергию. В 1903 году Мария и Пьер Кюри получили Нобелевскую премию за открытие полония и радия – источника альфа-частиц, примерно в миллион раз более радиоактивного, чем уран. Эти вещества они извлекали из тонн вязкой, смолистой руды в своей парижской лаборатории [123] . Пьер Кюри погиб под колесами экипажа, когда переходил улицу, а его вдова продолжила исследовать свойства радиоактивных веществ – до самой своей смерти в 1934 году, вероятно в результате радиоактивного поражения костного мозга. Более чем 80 лет спустя записи, которые велись в лаборатории Кюри, оставались настолько радиоактивными, что их хранили в выложенной свинцом коробке.

Если смешивать радий с другими элементами, они светятся в темноте. Когда это стало известно, часовщики начали нанимать молодых женщин для нанесения флуоресцентных меток на циферблаты [124] . На часовых фабриках в Нью-Джерси, Коннектикуте и Иллинойсе этих «радиевых девушек» учили облизывать кончик кисточки, прежде чем опустить ее в горшочек с радиевой краской. Когда челюсти и скелетные кости девушек стали гнить и распадаться, работодатели заявили, что они больны сифилисом. Однако начатый судебный процесс показал, что менеджеры знали о рисках работы с радием и скрывали это от работниц [125] . Так публика впервые узнала об опасностях попадания радиоактивных материалов в организм.

Биологическое воздействие радиации на человеческое тело поначалу измеряли в бэрах (биологических эквивалентах рентгена), учитывая сложную комбинацию факторов: тип радиации, длительность облучения, сколько радиации проникло в тело и насколько облученные ткани уязвимы для радиации. Части тела, где клетки делятся быстро – костный мозг, кожа, желудочно-кишечный тракт, – больше подвержены рискам, чем сердце, печень и мозг. Некоторые радионуклиды, такие как радий и стронций, более интенсивно излучают радиацию и поэтому опаснее, чем, например, цезий или калий [126] .