Этот сложный мирный атом

В подготовке выпуска принимали участие доценты МФТИ, кандидаты физико-математических наук В.А.Овчинкин и Ф.Ф.Игошин, инженер С.Зигуненко.

Нет в нашей стране человека, который бы не знал сегодня об аварии, случившейся в районе Чернобыля. С того момента прошло уже несколько месяцев, приняты все меры для изоляции неисправного реактора и ликвидации последствий катастрофы. Правительственная комиссия сделала надлежащие выводы из происшедшего, делается всё необходимое для того, чтобы подобное больше не повторилось.

У аварии в Чернобыле есть и ещё одна сторона. Она показала нам, насколько опасна малейшая неосторожность в обращении даже с мирным атомом. Во сколько же раз возрастает эта опасность в случае военного использования атомной энергии?..

Одной из самых опасных составляющих процесса распада атомных ядер является проникающая радиация. Этот невидимый, неслышимый, но грозный враг вызывает у людей лучевую болезнь. Каковы физико-биологические причины этой болезни? Можно ли предотвратить её развитие или по крайней мере уменьшить тяжесть заболевания? Что происходит при радиоактивном заражении почвы и растений, какими методами с ними борются?..

Об этом мы попросили рассказать доктора физико-математических наук, декана факультета физико-химической биологии МФТИ Эдуарда Михайловича Трухана.

В: Эдуард Михайлович, давайте начнём разговор с разъяснения, что же произошло на Чернобыльской АЭС?

О: Как известно, в результате нарушения нормального технологического режима работы АЭС, допущенного работниками станции, на четвёртом реакторе произошла авария. В атмосфере оказались радиоактивные вещества, которые в обычном состоянии находятся внутри защитной оболочки реактора.

О радиоактивном распаде, в результате которого АЭС даёт энергию, написано немало. Поэтому здесь хочу ограничиться самыми необходимыми сведениями. В таблице Менделеева есть трансурановые элементы (радий, торий и другие) [1], которые имеют свойство самопроизвольно распадаться. При этом образуются новые вещества – радиоактивные изотопы, которые в свою очередь, тоже могут через некоторое время распадаться. Во время распада выделяется энергия в виде -, - и -излучения, потока нейтронов.

Изотопы принято характеризовать периодом полураспада, то есть промежутком времени, в течение которого распадается половина атомов данного вещества; существуют изотопы, живущие тысячи лет, есть и распадающиеся в тысячную долю секунды. Излучение же различается по проникающей способности; - и -частицы можно задержать листком писчей бумаги, для -лучей и нейтронов не преграда и бетонные стены. Именно частицы с большой проникающей способностью чаще всего и вызывают лучевую болезнь. Поставщиками таких частиц в основном являются короткоживущие, активные изотопы, в частности, радиоактивный йод-131 с периодом полурапада 8.06 суток.

В: Йод?! Мы привыкли, что это полезное вещество. Йодная настойка, к примеру, помогает скорейшему заживлению ран и царапин, уничтожает болезнетворные микробы…

О: Всё это так. Но в данном случае мы говорим не об обычном йоде, а о его радиоактивном изотопе, то есть веществе излучающем.

У медиков принято делить облучение на внешнее и внутреннее. Внешнее – это когда вырвавшиеся на волю радиоактивные вещества атакуют живой организм извне. Борьба с ними – дело ясное: побыстрее покинуть заражённую зону, постараться спрятаться в укрытии. Но радиоактивные изотопы могут попасть и внутрь организма – с пылью, воздухом, пищей или водой. И вот тут они ведут себя по-разному.

Скажем, радий, стронций и фосфор скапливаются в костях, рутений и полоний – в печени, почках, селезёнке. А радиоактивный йод-131 концентрируется в щитовидной железе – небольшом по размеру органе, вырабатывающем гормоны – вещества, которые регулируют интенсивность обмена веществ в организме, его рост и развитие.

Обычно в организме содержится очень мало йода – около 0.025 г. И весь этот йод щитовидная железа старается заполучить себе; он нужен ей для нормальной работы. Если йода организму не хватает, развивается зоб – тяжелейшая болезнь, приводящая к нарушению функционирования всего организма.

Если вдруг в щитовидной железе вместо обычного йода накапливается радиоактивный йод, он быстро выводит её из строя, что особенно опасно для детей, организм которых интенсивно растёт и развивается. Чтобы избежать такой опасности, для профилактики в первые же часы и дни после аварии необходимо насытить щитовидную железу обычным йодом. Тогда она уже не примет йод радиоактивный. Но принимать надо, подчёркиваю, специальные препараты, а не обычную йодную настойку, предназначенную для наружного применения.

В: Эдуард Михайлович, а каков механизм воздействия на организм радиоактивного вещества? В чём коварность радиационной опасности?

О: Радиационное облучение, приводящее к лучевой болезни, опасно прежде всего своей неосязаемостью. Инстинкты наши в этом случае бессильны. Действительно, услышав грохот обвала, мы можем спрятаться; увидев огонь – отбежать. Облучение же на первых порах ничем себя не выдаёт. Цветущий, здоровый человек, порою так и не заметив момента облучения, лишь через несколько дней или недель оказывается вдруг тяжело больным. Как? Почему?

Механизм воздействия -лучей и потока нейтронов весьма своеобразен. Если посчитать энергию, которую получает организм в результате максимальной дозы облучения, она составит примерно 0.002 калории на грамм тела. Говоря другими словами, этой энергии не хватит, чтобы поднять температуру тела даже на сотую долю градуса, а ведь именно с повышением температуры связано у нас обычно понятие болезни. И всё-таки человек страдает.

Разгадку нужно искать на уровне молекул и атомов. Излучение является своеобразным детонатором, который запускает реакцию.

Представьте себе, в организме идёт какая-то работа, усвоение питательных веществ. Поступившая пища разлагается на всё более простые соединения, которые затем в строго определённых количествах и соотношениях поступают через мембраны внутрь каждой клетки и будут использованы ею как строительный материал для воспроизведения себе подобных, для возмещения энергетических затрат по транспортировке веществ и их переделке.

И вдруг на мембрану обрушивается, образно говоря, снаряд – частица -излучения. Тотчас нарушаются молекулярные связи, с атомных орбит срываются электроны, атомы превращаются в ионы, сквозь разрушенную мембрану в клетку начинают поступать посторонние вещества, работа её нарушается. Всё это ещё полбеды, когда “обстрел” не интенсивный и количество -частиц или нейтронов мало. Выбитые электроны через некоторое время рекомбинируют, то есть вернутся на свои места, молекулярные связи восстановятся. Клетка произведёт текущий ремонт, или в крайнем случае её функции смогут взять на себя соседние, неповреждённые клетки. Иное дело, если “обстрел” интенсивен, удары сильны и часты. Тогда электроны рекомбинировать уже не успевают, молекулярные связи не восстанавливаются, выходит из строя сразу большое количество клеток, работа органов разлаживается, нормальная жизнедеятельность организма становится невозможной.

В: Но раз механизм воздействия “яда” известен, должно найтись против него и противоядие. Не так ли?..

О: Дело, к сожалению, обстоит не так просто, как хотелось бы. То, о чём я вам рассказал, всего лишь приближённая, весьма упрощённая схема. Тонкости работы живых организмов в нормальном состоянии, а тем более при сбоях, вносимых ударами частиц, во многих случаях ещё недостаточно изучены. И всё-таки дать какие-то рекомендации, принять необходимые меры специалисты могут уже сейчас.

Во-первых, всеми возможными способами в кратчайший срок нужно уменьшить интенсивность и продолжительность обстрела. Именно поэтому аварийный реактор сразу же стали засыпать с воздуха мешками с песком и другими веществами, принявшими удар на себя, начавшими поглощать радиоактивное излучение. Из опасной 30-километровой зоны, в которой концентрация радиоактивных веществ в воздухе и на почве была особенно велика, эвакуировали всё население. После этого специальные команды стали проводить дезактивацию местности. Зараженный слой почвы снимался бульдозерами и скреперными ножами и вывозился в специальные хранилища. Чтобы снять радиоактивную пыль со стен домов, с мостовых, их регулярно поливали. Зараженную воду тоже собирали в отстойники, не допуская её попадания в реки и другие водоёмы. Уровень радиации на местности при этом постоянно контролировался приборами дозиметрической службы.

Во-вторых, был проведён профилактический осмотр всех побывавших в опасной зоне и живущих поблизости от Чернобыля. Пострадавшим от лучевого поражения был назначен специальный курс лечения. Суть его зависела от того, какие органы больше всего пострадали. Например, при поражении кроветворных клеток спинного мозга [2] больным делали пересадку, возмещая потери здоровыми клетками, взятыми у доноров. Назначаются также специальные лекарства, которые ускоряют изгнание радиоактивных веществ из организма. На то время, пока организм ещё находится под их влиянием, имеет смысл каким-то образом ускорить восстановление, рекомбинацию атомов. С этой функцией успешно справляются вещества-радиопротекторы. Их молекулы имеют большое число атомов, которые легко отдают часть своих электронов. Время рекомбинации существенно сокращается, а значит, и ущерб организму в значительной мере уменьшается.

Не нужно думать, что радиопротекторы – это какие-то особые вещества. С их ролью, например, успешно справляются обыкновенные пищевые жиры. Так что правильное питание может рассматриваться и как профилактическое средство против радиационной опасности.

В: И последний вопрос, Эдуард Михайлович. Какие выводы могут сделать специалисты из случившегося в Чернобыле?

О: Опыт показал, что, к сожалению радиационная опасность во многом недооценивалась, усилия, которые затрачены на её изучение, недостаточны. Первые десятилетия после открытия в 1896 году радиоактивности А.Беккерелем её свойства изучались довольно активно и в комплексе. Именно в это время, кстати, было установлено, что ускорить или замедлить радиоактивный распад нельзя ни высоким давлением, ни жарой, ни холодом, ни наложением электромагнитных и прочих полей… В последующие годы получилось так, что биологи и медики, физики и химики стали исследовать каждый свои аспекты радиоактивности. Но природа ведь неделима! Мы стараемся обратить на это внимание студентов нашего института. Не случайно наш факультет называется факультетом физико-химической биологии. Но это, так сказать, к слову. А о том, что комплексный подход видеть сразу многие стороны проблемы, найти аналогии в достаточно далёких областях, говорят хотя бы такие факты.

Из химии известно, что без кислорода многие процессы замедляются или вовсе невозможны. Сравнительно недавно выяснилось, что недостаток кислорода снижает и радиационное поражение. Парадокс? Случайное совпадение? Нет! Кислород обладает захватывать свободные электроны, а значит, увеличивает время рекомбинации со всеми вытекающими последствиями.

Ещё один пример. Расхожая, казалось бы, истина – тренировки увеличивают способности организма. Потренируешься и станешь быстрее бегать или сможешь поднять более тяжёлую штангу. Смысл тренировки – постоянными упражнениями приучить организм к определённого вида нагрузкам, заставить его молекулярную “команду” выработать определённый алгоритм действия. Причём тренировать можно не только физические, но и умственные, психические способности, сопртивляемость к разным микробам, ядам. Этот вывод, оказывается, можно применять и в случае радиационной опасности. Эксперименты, поставленные на собаках, свидетельствуют: обычная доза половинной выжмваемости (ДПВ), то есть доза, при которой погибает половина облучённых объектов, составляет 450 рентген в месяц. Но вот если в течение месяца собакам ежедневно давать по 10 рентген (за месяц, значит, 300), то потом адаптировавшийся организм может выдержать и 5000 рентген! Об этом, конечно, стоит знать людям, по роду своей работы постоянно имеющими дело с радиоактивностью.

И, наконец, третий пример полезности комплексного подхода. Специалистам известно, что уровень радиоактивной сопротивляемости впрямую не зависит от эволюционной сложности организма. А ведь, казалось бы, при первом приближении радиацию лучше должны переносить простейшие организмы – чем проще организм, тем он, как правило надёжнее, в нём нечему ломаться. Но установлены другие факты. Например, одни бактериофаги в 6 раз лучше переносят радиацию, чем другие, у одного вида инфузорий ДПВ в 200 раз выше, чем у другого вида. А почему у одинаковых по размерам теплокровных животных – морских свинок и кроликов – сопртивляемость радиации различается так сильно – 200 и 1200 единиц? Как внутренние резервы помогают черепахе иметь ДПВ около 20000 рентген?

Одно из предположений: более стойкие организмы имеют надёжных “ремонтников” – специальные химические соединения, которые быстро восстанавливают повреждения, наносимые ударами радиации, не дают им разрастись до катастрофических размеров. Если это действительно так, то перед нами открываются заманчивые перспективы. В самом деле, используя методы генной инженерии, эти соединения, возможно, удастся пересадить в живые клетки других организмов. И тогда, скажем, человек, позаимствовав “секрет черепахи Тортиллы”, сможет успешно пртивостоять повышенным дозам радиации. “Ремонтники”, восстанавливающие те или иные части клетки, может быть, помогут заодно решить и проблему долголетия! Ведь согласно представлениям многих учёных и старость наступает потому, что с возрастом в ДНК происходят сбои, воспроизведение новых клеток в организме уже не отличается той точностью, что в молодые годы. В пользу этой гипотезы в какой-то степени и говорит завидное долголетие черепах, живущих, как известно, 200-300 лет…

Словом, тут есть над чем поразмыслить и поработать специалистам различных отраслей знания: биологам и генетикам, медикам и химикам, физикам и инженерам.

В науке не бывает добрых и злых открытий. Неосторожное обращение с электричеством, как известно, может привести к гибели, и всё-таки миллиарды людей широко пользуются его благами изо дня в день. Примерно то же можно сказать и об использовании атомной энергии. Радиационная опасность существует, и закрывать на неё глаза – преступление. Но ещё большее преступление – использовать энергию атома не по назначению: не в мирных реакторах, а в ядерных боеголовках. Любой атомный взрыв, даже если он происходит на подземном испытательном полигоне, несёт в себе большую потенциальную опасность, чем все АЭС планеты, вместе взятые.

Борьба против гонки вооружений, за мир во всём мире – вот главная задача на сегодня для каждого жителя Земли, от мала до велика.

Журнал “Юный техник”, 1986, № 11, с. 20 – 28.

[1] Маються на увазі просто радіоактивні. Трансуранові – це нептуній і далі (з атомним номером більше урана); торій – з групи актиноїдів, але до урана; радій – навіть не актіноїд.

[2] Так в тексті. Я не чув, щоб спинний мозок продукував кров.