Эманация радия: плата за беспечность

Новые технологии вселяют надежды и будоражат воображение. Однако их последствия могут быть непредсказуемыми. Один из наиболее ярких примеров тому — открытие радиации и порожденные им технологии
Эманация радия: плата за беспечность
Работа с радием в исследовательской лаборатории (1932 год)
Фотография: gettyimages.com

Радиоактивная зубная паста. Радиоактивные коврики. Радиоактивная минеральная вода. Радиевые таблетки и «радиаторы» для насыщения воды радоном. Светящаяся пудра с торием и радием. Светящаяся радиоактивная краска для дома. Это лишь небольшая часть радиоактивных продуктов, которые производились и продавались в мире в 1905–1935 годах. У современного читателя они могут вызвать только панический ужас, а в свое время вызывали восторг. СССР мода на радиацию не миновала: вода «Боржоми» еще в 1930 году рекламировалась как «целебная радиоактивная».

Лучи Икс

28 декабря 1895 года Конрад Рентген опубликовал в университетском сборнике статей небольшую работу «О новой разновидности лучей», где описал, как с помощью «трубки Ленарда» (модифицированной трубки Крукса) генерировать «лучи Икс», и описал их эффекты. «Лучи Икс», в дальнейшем получившие имя Рентгена, были жестким электромагнитным излучением, что через некоторое время установил Герман Гельмгольц.

magnifier.png Радиационные ожоги получали Никола Тесла, сам первооткрыватель «лучей Икс» Конрад Рентген и множество других пионеров радиобиологии

Но физическая природа рентгеновского излучения привлекала внимание ученых, инженеров и медиков намного меньше его возможностей. К статье была приложена фотография кисти руки коллеги Рентгена профессора Альберта фон Келликера — точнее, теней костей кисти и перстня. Информация в конце XIX века распространялась очень быстро, а изобретенные за двадцать лет до того трубки Крукса были уже в каждой университетской лаборатории. Все ученые мира наперебой кинулись изучать новое излучение — в 1896 году вышло не менее двух тысяч статей о «лучах Рентгена».

Очень скоро появились сообщения о том, что длительное пребывание под рентгеновскими лучами вызывает ожоги хуже солнечных, и не только ожоги. В лаборатории Томаса Эдисона, где под его руководством шла работа над поиском рентгеночувствительных веществ для создания рентгеновской фотопленки, один из сотрудников умер от скоропостижного рака. Любопытный человек постоянно разглядывал свои кости на рентгеновских экранах. Ампутация обеих рук по локоть не спасла ему жизнь. Радиационные ожоги получали Никола Тесла, ранее наблюдавший те же эффекты, что и Рентген, сам Рентген и множество других первопроходцев радиобиологии.

Рука жены Вильгельма Конрада Рентгена. Один из первых рентгеновских снимков, сделан немецким физиком в январе 1896 года
Рука жены Вильгельма Конрада Рентгена. Один из первых рентгеновских снимков, сделан немецким физиком в январе 1896 года
Фотография: gettyimages.com

Одно из первых в мире сообщений о том, что рентгеновские лучи влияют на жизненные функции, сделал в 1896 году петербургский физиолог Иван Тарханов, который провел целый ряд опытов на животных и показал, как различные функции организма, тканей и клеток меняются под воздействием излучения. Тарханов также рекомендовал использование при работе с рентгеновским излучением алюминиевой ширмы — это было, возможно, первое в истории средство радиационной защиты.

На другом конце мира американский зубной врач и рентгенолог Уильям Роллинс, обнаружив, как и многие другие, повреждения тканей от излучения, в 1901 году поставил опыт на морских свинках, подвергнув их жесткому излучению за несколько дней. После этого Роллинс за несколько лет опубликовал 177 работ, описывая вред от рентгеновских лучей и требуя создания системной защиты радиологов и пациентов. Роллинс первым (по крайней мере, в Западном полушарии) предложил использовать свинцовое стекло и делать снимки не сплошным потоком, а вспышками.

Радиоактивные элементы

В 1896 году Анри Беккерель обнаружил естественную радиоактивность соединений природного урана — вопреки легенде не случайно, а в целенаправленном опыте (первичная гипотеза Беккереля предполагала, что радиоактивность урана не природная, а наведенная солнечным светом). В июле 1898 года Пьер и Мария Кюри выделили из урановой смолки полоний, а в декабре 1898-го — радий (в форме соли — хлорида радия). Прежде чем Кюри смогли накопить достаточное количество хлорида радия, переработав несколько тонн урановой смолки, прошло еще много месяцев.

Французские физики Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри в своей лаборатории экспериментируют с радиоактивностью радия

Французские физики Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри в своей лаборатории экспериментируют с радиоактивностью радия

Фотография: gettyimages.com

Но первая публичная демонстрация радия сразу очаровала публику: хлорид радия светится желто-розовым светом, и воздух в запаянной стеклянной ампуле с ним тоже светился за счет того, что при распаде радия возникал газообразный радон (тогда названный «эманацией радия»), быстро насыщавший замкнутое пространство короткоживущими изотопами.

Радий и его «эманация» быстро проявили свои биологические эффекты. Обнаружены они были не только лабораторными методами, но и прочувствованы на себе самими первооткрывателями. Внучка Марии Кюри писала со слов бабушки, что уже в 1901 году Беккерель получил ожог по оплошности, поносив пробирку с радием в жилетном кармане, а Пьер Кюри поставил опыт, приложив ампулу с радием к собственной руке. И тот и другой по итогам написали научные доклады, предположив, что радий может применяться для лечения опухолей и кожных заболеваний эффективнее, чем рентгеновские лучи.

После 1901 года у Пьера Кюри стали развиваться острые боли, которые Мария списывала на переутомление — то ли избегая мысли, что у ее мужа острый лучевой синдром от постоянной работы с изотопами без защиты, то ли легкомысленно пренебрегая ею. К моменту смерти под колесами конного экипажа Пьер Кюри, вероятно, уже был неизлечимо болен. Мария Кюри тоже неоднократно страдала от «лучевой болезни» и умерла от осложнений, вызванных ею.

Волшебный радий и его жертвы

Уже в первые десятилетия изучения радиации ученые знали, что она может быть опасна, даже смертельно. А публика после первых же сообщений супругов Кюри и их последователей очень быстро уверовала, что сияющий радий — источник жизни и едва ли не панацея. Профессора медицины обещали в прессе, что радиация излечит все болезни, старение, безумие, «насытит каждую клетку энергией Солнца».

magnifier.png Одним из первых событий, которые сбили энтузиазм в отношении радиации, было дело «радиевых девушек» в США 1927 года. Работницы фабрики по производству часов со светящимися стрелками не были предупреждены об опасности и красили себе губы и ногти краской с радием. Через несколько лет у них развилась саркома

В 1903 году Джон Томсон обнаружил естественный радон в водах горных источников, и в моду стали стремительно входить «целебные ванны с эманацией радия». Период полураспада радона-222 составляет 3,8 дня, поэтому возить воду с радоновых источников невозможно. Но вопрос был решен в духе индустриальной эры: промышленник Эмиль Арме де Лилль в 1904 году открыл в Ножан-сюр-Марне «радиевую фабрику». Мария Кюри стала «лицом» рекламной кампании радия (ее знаменитые фото в профиль с пробиркой — с рекламы радия). После этого популярность радиоактивных товаров стала быстро расти.

Одним из первых событий, которые сбивали энтузиазм в отношении радиации, было дело «радиевых девушек» в США 1927 года. Фабрика U. S. Radium Corporation в пригороде Нью-Йорка производила часы со светящимися стрелками. Стрелки работницы красили вручную краской из клея с примесью радия. Девушки часто облизывали кисти, чтобы те красили ровнее, а уходя с работы, красили себе губы и ногти светящейся краской. Их поклонникам это очень нравилось. А через несколько лет у работниц стала развиваться саркома нижней челюсти — «радиевая челюсть». В ходе суда, куда одну из жертв внесли на носилках, стало известно, что руководство фабрики, уверявшее работниц в безвредности веществ, само на фабрику предусмотрительно не показывалось и вред от радия осознавало вполне.

Питью радоновой водички нанесла удар смерть миллионера Эбера Байерса, который несколько лет ежедневно принимал радиоактивную воду «Радитор», рассчитывая ускорить восстановление после травмы и улучшить потенцию. В результате The Wall Street Journal опубликовала в 1932 году издевательский некролог «Был здоров, пока у него челюсть не отвалилась». Миллионер умер от той же саркомы челюсти, которая убила «радиевых девушек». После этого реклама радиоактивных продуктов стала сходить на нет и к 1936 году почти исчезла.

Фотография: gettyimages.ru // Первоначальное взрывное испытание атомной бомбы у берегов атолла Бикини на Маршалловых островах с образованием грибовидного облака (1946 год)
Первоначальное взрывное испытание атомной бомбы у берегов атолла Бикини на Маршалловых островах с образованием грибовидного облака (1946 год)
Фотография: gettyimages.ru

Комитет Зиверта

В 1928 году на Втором конгрессе радиологов в Стокгольме был создан Международный комитет по защите от лучей Икс и радия (IXRPC). В комитет входило всего полтора десятка человек, по одному от каждой страны-участницы, а его главой был избран молодой физик из шведского института Radiumhemmet Рольф Зиверт. В предвоенный период комитет Зиверта собирался раз в три года в течение одного дня на конгрессе радиологов, и его влияние было невелико. Комитет обсуждал рекомендации по радиационной защите и ввел понятие «рентгена» как единицы излучения (эта устаревшая единица в дальнейшем была модифицирована в «биологический эквивалент рентгена», а затем в «зиверт», который и вошел в систему СИ).

Вторая мировая война отбросила радиологию назад: от комитета Зиверта остались только сам Зиверт и Лористон Тейлор из США, остальные его члены погибли, пропали без вести или сменили профессию. Комитет Зиверта собрался вновь в 1950 году, уже как независимая группа под именем Международной комиссии по радиационной защите (ICRP) — в этом качестве комиссия существует и сейчас как ведущая организация мира по стандартам и нормам радиационной защиты. В 1950-х годах ICRP каждые несколько лет выпускала новую версию «Рекомендаций», где методы защиты от радиации и принципы аккуратного обращения с источниками радиации описывались все более широко, системно и детально.

magnifier.png В 1937–1938 годах была открыта цепная реакция деления урана, в 1945-м было завершено создания ядерного оружия, шло активное испытание новых видов оружия во всех трех средах

Мир к этому времени уже изменился бесповоротно: в 1937–1938 годах была открыта цепная реакция деления урана, в 1945-м было завершено создания ядерного оружия, шло активное испытание новых видов оружия во всех трех средах.

«Хвост дракона»

Появление ядерного оружия создало новые источники радиационной угрозы — помимо обращения с изотопами, которые уже исчезли с потребительского рынка. Еще до того, как был произведен первый ядерный взрыв, стали возникать самоподдерживающиеся цепные реакции (СЦР).

Первую СЦР случайно создал один из первооткрывателей цепной реакции Отто Фриш в 1944 году, неудачно приблизившись к расщепляющемуся материалу. Увидев краем глаза свечение индикаторов нейтронного потока, Фриш моментально раскидал блоки урана, и этим спас себе жизнь. Меньше повезло его коллеге Гарри Дагляну, который так неудачно уронил на «чертово ядро» (шар оружейного плутония) блок карбида вольфрама, что получил смертельную дозу в пять зивертов, прежде чем смог убрать отражатель. Будущий нобелевский лауреат Ричард Фейнман спас от СЦР урановый завод в Ок-Ридже, указав, что нельзя складировать обогащенный уран у гипсокартонной стенки другого склада урана.

Американские физики Ричард Фейнман и Ян Чен Нин

Американские физики Ричард Фейнман и Янг Чжэньнин

Фотография: gettyimages.com

Луис Слотин, сотрудник Энрико Ферми, часто показывал опыт «как щекотать хвост дракона»: он накрывал «чертово ядро» внутри полусферы бериллия другой такой же полусферой и сближал их, постепенно выдвигая из щели между ними жало отвертки. 21 мая 1946 года отвертка сорвалась, ядро мгновенно перешло в субкритический режим, лабораторию озарила голубая вспышка — и через девять дней Слотин скончался, по сути, сгнив заживо. 21 зиверт нейтронного потока превратил все ткани в его теле в молекулярный фарш. Всего к нашему времени счет инцидентов с СЦР в ядерных центрах всех стран мира идет уже на многие сотни.

Ядерная безопасность: только для посвященных

До 1955 года ядерный взрыв воспринимался как обычный взрыв, только на порядки более мощный. Новое оружие давало надежду одномоментно уничтожить десятки миллионов людей в других странах, не ввязываясь в традиционные долгие боевые действия. Все страны мира готовились к ядерной войне, страшась ее, но не очень понимая, чем она страшна на самом деле. В 1950 году для школ Нью-Йорка сняли учебный фильм Duck and Cover («Ложись и закройся») — это был первый учебный материал по гражданской обороне для ядерной войны. Школьников учили прятаться только от ударной волны и теплового излучения. Журнал Collier’s в 1951 году описывал, как войска США оккупируют Москву через короткое время после ядерной бомбардировки: разрушения упомянуты, радиация — нет. Лас-Вегас непродолжительное время рекламировал себя как «атомный город США» и приглашал туристов полюбоваться ядерными взрывами на полигоне в Неваде, которые были хорошо видны на горизонте.

Жертва ядерного взрыва в Нагасаки 9 августа 1945 года

Жертва ядерного взрыва в Нагасаки 9 августа 1945 года

Фотография: gettyimages.com

Радиационные поражающие эффекты ядерного взрыва — излучение и радиоактивные осадки — были скрыты завесой умолчания. Военные отлично отдавали себе в них отчет. Отто Фриш и Рудольф Пайерлс уже в 1940 году очень точно описали в знаменитом «Меморандуме» не только радиационные эффекты взрыва, но и меры защиты от них вплоть до фильтрации воздуха в разведывательных машинах и самолетах. Глава Манхэттенского проекта генерал Лесли Гровс и его свита ходили по эпицентру первого ядерного взрыва в одноразовых бахилах. Самолеты, пролетавшие через облако ядерного взрыва на испытаниях, два часа обрабатывали дезрастворами, прежде чем летчики могли их покинуть. Общественности же сообщали, что радиация при ядерном взрыве выделяется лишь в момент подрыва заряда в незначительном количестве.

И США, и СССР проводили войсковые учения с реальными ядерными взрывами. И там и там кадровые специалисты предупреждали солдат не подбирать на память красивый зеленый тринитит («ядерное стекло», спекшийся и облученный песок в эпицентре). Но на непуганых неспециалистов действовали лишь очень грамотно подобранные аргументы. Радиометрист Сергей Зеленцов, в будущем командующий войсками химической защиты СССР, вспоминал, как на Тоцких учениях в сентябре 1954 года в эпицентре через сутки после взрыва появились офицеры-«экскурсанты»: «Заметив, что некоторые экскурсанты собирают стекловидные куски шлака, несмотря на существующий запрет, я <…> продемонстрировал действие радиометра, который трещал и захлебывался, как только к нему подносили кусок расплава. Сказал, что <…> если положить его в карман, то части тела в этом месте получают опасную дозу и человек может остаться без потомства. Последовала мгновенная реакция, и все карманы были опустошены».

magnifier.png Единственный в мире человек, переживший две ядерные бомбардировки за три дня, японец Цутому Ямагути, хотя и получил тяжелые увечья и страдал от последствий взрывов свыше двух десятилетий после бомбардировки, тем не менее дожил до 93 лет

Взрыв, который изменил все

Мировая общественность была вразумлена практически после одного инцидента в марте 1954 года. На испытаниях Castle Bravo термоядерная бомба дала выход в несколько раз больше расчетного — ученые не учли, что нейтронный поток от ядерного запала превратил инертный литий-6 в бомбе в активный литий-7. Огромное количество песка со дна лагуны атолла Бикини (кратер от взрыва диаметром два километра и глубиной 76 метров сохранился и сейчас, он отлично виден на спутниковых снимках) поднялось в стратосферу и пеплом высыпалось на 18 тысяч квадратных километров Тихого океана. Пораженный персонал и жителей Маршалловых островов военные успешно скрыли. Но в зоне поражения оказалось японское рыболовецкое судно «Дайго Фукурю Мару», которое ушло в Японию и через две недели появилось в порту Ядзу. Вся команда, 23 человека, к этому моменту испытывала тяжелую форму лучевой болезни.

История «Фукурю Мару», вырвавшись из-под завесы секретности, обошла весь мир и спровоцировала начало массового антиядерного движения. 9 июля 1955 года Альберт Эйнштейн и Бертран Рассел опубликовали открытое письмо, в котором заявили, что радиация после ядерной войны может уничтожить все живое на Земле.

Английский физик Сэр Джозеф Джон Томсон в лаборатории

Английский физик Сэр Джозеф Джон Томсон в лаборатории

Фотография: gettyimages.com

Руководство США и военные пытались успокоить взбудораженную общественность, объявив «Фукурю Мару» «красными шпионами», но этому никто не поверил. В 1957 году был снят и массово показан документальный фильм: пять офицеров ВВС США и оператор стояли в эпицентре небольшого высотного ядерного взрыва на расстоянии всего 5500 метров. Не помогло и это. В том же 1957 году мировым бестселлером стал роман австралийца Невилла Шюта «На берегу» о тоске, в которой последние люди на Земле ждут неминуемой гибели от радиации, а снятый по нему фильм 1960 года с Грегори Пеком и Авой Гарднер посмотрел весь мир. В 1963 году ядерные державы заключили «Договор о запрете испытаний в трех средах», и выброс радионуклидов в окружающую среду прекратился.

Можно считать, что изначальные надежды на использование радиации сбылись: радиоактивные изотопы применяют в современной медицине, чтобы спасать жизни, а ядерное оружие действительно позволяет быстро уничтожить бо́льшую часть человечества. Однако формы применения радиации существенно изменялись по мере развития связанных с ней технологий. А за их освоение пришлось заплатить миллионами жизней.

Воздействие радиации на живой организм

Не существует таких малых доз радиации, которые были бы абсолютно безвредны: даже полет в реактивном самолете или рентгеноконтроль зуба влекут за собой маргинальный рост радиационных рисков, в основном из числа «стохастических эффектов» (рост риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и злокачественных опухолей). Радиационные ожоги («тканевые эффекты») и «лучевая болезнь» («острый лучевой синдром», выражающийся в тошноте, потере волос, лейкозе), как правило, возникают после превышения определенного порога, который у разных людей может варьироваться. Но и заведомо смертельных доз не существует, не считая совсем уж беспредельных, измеряемых мгновенно целыми зивертами (единица поглощенной дозы).

Человек, находящийся в 30 метрах от эпицентра ядерного взрыва, будет дематериализован нейтронным потоком, который разорвет все органические молекулы в его теле за сотые доли секунды, даже прежде, чем испарится от жара. Но это представляет лишь теоретический интерес. А вот единственный в мире человек, переживший две ядерные бомбардировки за три дня, японец Цутому Ямагути, хотя и получил тяжелые увечья и страдал от последствий взрывов свыше двух десятилетий после бомбардировки, тем не менее дожил до 93 лет.

Еще более показателен пример «пациента CAL-1» — жертвы ранних радиационных экспериментов на живых людях. В 1944–1947 годах медики — участники Манхэттенского проекта из Университета Калифорнии в Беркли под руководством Джозефа Гамильтона изучали химическую токсичность плутония, делая инъекции раствора пациентам с терминальной стадией рака. Плотник Альберт Стивенс, он же пациент CAL-1, получил в госпитале ошибочный диагноз — у него был не рак, а язва желудка. Прежде чем медицинская ошибка была обнаружена, Стивенс получил инъекцию — и не умер, а был излечен от язвы. Но введенный Стивенсу плутоний не покинул организм, а был абсорбирован костными тканями. Стивенс продолжал жить, постоянно получая дозу в 3,09 зиверта в год. Гамильтон прекратил эксперимент, наконец осознав, что опыты на неосведомленных пациентах переходят все этические границы, материалы программы были сданы в архив, участники хранили секретность — а бывший пациент CAL-1 жил и накапливал дозу. К моменту его смерти в конце 1960-х Стивенс получил дозу в 64 зиверта — больше, чем кто-либо из когда-либо живших людей. После смерти Стивенса от сердечного приступа его кремированный прах был тайно эксгумирован и вывезен в Чикаго, в Аргоннскую национальную лабораторию, для дальнейших исследований. Историю злосчастной жертвы войны и секретности лишь в начале 1990-х годов обнаружила среди рассекреченных документов журналистка Айлин Уэллсом, получив за это заслуженную Пулитцеровскую премию 1994 года.


Еще по теме