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].
Выжившие в атомной бомбардировке жители Хиросимы и Нагасаки предоставили медикам первую возможность изучения острой лучевой болезни (ОЛБ) на большой выборке людей[127]. Все выжившие стали субъектами проекта, растянувшегося более чем на 70 лет и создавшего универсальную базу данных по долгосрочному воздействию ионизирующей радиации на человека. Из тех, кто пережил взрыв в Нагасаки, 35 000 человек умерли в ближайшие сутки; заболевшие ОЛБ потеряли волосы за одну-две недели, затем у них начался кровавый понос и они умерли от инфекции и лихорадки[128]. Еще 37 000 человек умерли в течение трех месяцев. Сравнимое число попавших под атомную бомбардировку прожило дольше, но спустя еще три года у них развилась лейкемия. К концу 1940-х годов эта болезнь станет первым видом рака, связанным с радиацией.
Воздействие ионизирующего излучения на неодушевленные предметы и на живых существ изучалось в конце 1950-х годов в ВВС США[129]. В рамках правительственной программы создания самолетов на атомной тяге компания Lockheed Aircraft построила 10-мегаваттный ядерный реактор с водяным охлаждением в подземной шахте в лесах Северной Джорджии. Нажатием кнопки реактор можно было поднять из защитного кожуха на уровень земли, подвергнув все в радиусе 300 м воздействию смертельной дозы радиации. В июне 1959 года этот реактор радиационного воздействия был выведен на полную мощность и впервые испытан, убив почти все живое в окрестностях объекта: насекомые падали в воздухе, мелкие животные и живущие на них и в них бактерии погибли (этот феномен назвали «моментальной таксидермией»). Воздействие на растения было различным: дубы пожухли, а трава-росичка странным образом не пострадала; больше всего досталось соснам. Изменения предметов, попавших в зону действия реактора, тоже казались загадочными: прозрачные бутылки с кока-колой стали коричневыми, приборы на транзисторах перестали работать, гидравлическая жидкость коагулировала до консистенции жевательной резинки, а резиновые шины стали твердыми как камень.
