КАЛЕНДАРЬ СОБЫТИЙ В ОБЛАСТИ РАДИОЭКОЛОГИИ И РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Все - абиотические и биотические - факторы экологически интересны и значимы. И все-таки среди них есть один, который вызывает повышенный интерес и у естествоиспытателей, и у обывателей.
Это - радиация. Радиация (или ионизирующее излучение) - это излучение энергии в виде частиц или волн. Ионизирующее излучение существовало на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовало в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения; до наших дней сохранились лишь немногие долгоживущие радиоактивные элементы - уран, торий, актиний. Предполагается, что само зарождение жизни, ее последующая эволюция в значительной степени определялись наличием энергии радиоактивного распада. В отличие от других факторов среды, ионизирующее излучение не распознается живыми организмами. Долгое время ее воздействие проявлялось так называемыми спонтанными мутациями, развитием злокачественных новообразований, пороками развития. Радиация незаметна, заметны ее последствия: опасность для человека представляет большое количество (доза) и характер излучения.8 ноября 1895 г. началась новая эра в естествознании - профессор и ректор университета баварского города Вюрцбурга (на юге Германии) Вильгельм Конрад Рентген (Wilhelm Conrad Roentgen; 1845-1923) впервые наблюдал, неизвестные ранее лучи, проникающие через непрозрачные преграды (икс-лучи [Х-лучи], впоследствии названые его именем; сразу заметим, что значимость этого открытия была подтверждена присуждением Рентгену первой Нобелевской премии по физике в 1901 г.). Затем на собрании Вюрцбургского физико-медицинского общества 28 декабря 1895 г. он впервые сообщил о новом роде лучей и первых результатах исследования их свойств. 23 января 1896 г. он вновь выступил перед членами физикомедицинского общества. На этом собрании почтенный, почти 80-летний анатом Альберт фон Кёлликер [Albert Rudolf von Kolliker; 1817-1905] под аплодисменты собравшихся предложил в будущем вместо «Х-лучи» говорить «рентгеновские лучи».
Однако Рентген неизменно придерживался ранее избранного им названия Х-лучи, которое и получило распространение в англоязычных странах; а вот в Германии и России используется название «рентгеновские лучи». Очень важно подчеркнуть, что Рентген, по-видимому, одним из первых осознал практическую важность своего открытия и очень хорошо «провел его презентацию» (он разослал свои «ноябрьские тезисы» сразу в несколько редакций Европы, и в начале января 1896 г. его брошюра "Uber eine neue Art von Strahlen [On a New Rind of Rays; Новый род лучей. Предуведомление]" почти одновременно вышла в переводах на русском (6 января 1896 г.), английском, французском, итальянском и многих других языках мира). Цитата из русского перевода (см. «Химия и жизнь», 1971, № 1, с. 27): "Особенное значение имеет тот факт, что фотографические сухие пластинки оказались чувствительными к Х-лучам... Так как я не могу заметить никакого преломления при переходе Х-лучей из одной среды в другую, то, по-видимому, эти лучи распространяются с одинаковой скоростью во всех телах и передаются в той среде (эфире), которая находится повсюду и которой окружены частицы всех тел. последние представляют препятствие для распространения Х-лучей, препятствия тем большие, чем плотнее тело".Уже через 13 дней после сообщения Рентгена в Дартмунде (США) врачи с помощью рентгеновских лучей исследовали перелом руки у пациента. В конце января Х-лучи уже испытывались в качестве средства для лечения рака. На следующий год рентгеновское исследование проводилось англичанами для исследования огнестрельных ран. В 1901 г. Рентгену была присуждена Нобелевская премия № 1 "в знак признательности необычайно важных заслуг перед наукой, выразившихся в открытии замечательных лучей, названных впоследствии в его честь".
Как нередко бывает в науке (вспомним теорию естественного отбора), открытие Ренге- на было подготовлено развитием физики. Свойства Круксовской трубки интенсивно исследовались во всем мире.
И не удивительно, что некоторые эффекты Х-лучей наблюдались ранее, но им не придавали особого значения. Доклад 1895 г. и публикации 1896 г. особенно симптоматичны в свете «борьбы за приоритет». Наш отечественный (украинский, но проживший132
большую часть жизни в Австро-Венгрии) профессор Иван Павлович Пулюй (1845-1918) за десять лет до Рентгена начал интересоваться разрядами в вакуумных трубках и заметил, что лучи, появляющиеся при работе трубки, проникают через непрозрачные предметы, отображаются на светящихся экранах, засвечивают фотопластинки (Волков, 1995; Линденбратен, 1995; Маринжа, 2007). К 1890 г. Пулюй получил фотографии скелета лягушки и детской руки, называемые теперь рентгенограммами; снимки были даже опубликованы в журналах Европы (в частности, в «Известиях Венской академии наук»). Пулюй понимал, что имеет дело с серьезным открытием, фиксировал результаты, но не «застолбил» его. Рентген знал об этих работах, так как некоторое время они вместе работали в Страсбурге, а в дальнейшем состояли в переписке. Так что Рентген стал «отцом рентгеновского излучения», а Пулюй лишился этой чести («пу- люйское излучение»!)[3] исключительно из-за чрезмерной старательности в исследованиях, из-за желания снова и снова проверить полученные результаты, перед тем как предать их огласке.
И это еще не все. С 1890 г. начал производить опыты с трубками Гитторфа-Крукса немецкий ученый Филипп Эдуард Антон Ленард [Philipp Eduard Anton von Lenard; 1862-1947; Нобелевская премия по физике 1905 г.], также претендовавший на первенство в открытие Х-лучей. Его негодование[4] по поводу приоритета Рентгена было так велико, что имя ненавистного профессора даже не вошло в его сборник 1930 г. "Grosse Naturforscher: Eine Geschichte der Naturforschung in Lebensbeschreibungen - Великие люди науки" (Волков, 1995)[5]. На тот же 1890 г. указывает и профессор физической лаборатории Пенсильванского университета Артур Гудспид [Arthur Willis Goodspeed], получивший с коллегами, как он сам говорил, "первый в мире снимок катодными лучами".
В журнале «Природа и люди» (1896, № 28) было опубликовано сообщение об открытии директором Бакинского реального училища Е.С. Каменским лучей, обладающих фотохимическим действием, и об опытах секретаря Бакинского фотографического кружка А.М. Мишона, за одиннадцать лет (!) до сообщения Рентгена и раньше Гуспида, получившего снимки, аналогичные рентгеновым. Работали с лучами и другие исследователи[6].Но названные ученые не оспаривали приоритет Рентгена в открытии Х-лучей, поскольку он не ограничился регистрацией отдельных эффектов новых лучей. После случайного наблюдения этих лучей он на семь недель закрылся в лаборатории и полностью сосредоточился на исследовании нового излучения. По мнению ученика Рентгена академика А.Ф. Иоффе (1977, с. 190-191): "В трех небольших статьях, опубликованных на протяжении одного года, дано
настоль ко исчерпывающее описание свойств этих лучей, что сотни работ, последовавших затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного.
И все это исследование в совершенно новой области было проведено самыми элементарными
средствами: единственный «прибор», которым пользовался Рентген, - это электроскоп с листочком...".
"Рентгеновский ток был толчком в электронной теории; рентгеновские лучи - к электронике и атомистике. На этом прочном фундаменте выросло новое здание... " (Иоффе, 1977,
с. 195). Практически параллельно с открытием Рентгена (через два месяца) французский физик Антуан Беккерель (Antoine Henri Becquerel; 1852-1908) сообщил миру о естественной радиоактивности солей урана. Однако это событие, в отличие от открытия Рентгена, не заинтересовало широкую общественность. И только через пару лет, после открытия радия Пьером Кюри
(Pierre Curie; 1859-1906) и Марией Складовской-Кюри (Maria Sklodowska-Curie; 1867-1934)
интерес к радиоактивности стал расти экспоненциально (Беккерель и супруги Кюри стали Нобелевскими лауреатами по физике в 1903 г. - «бронза»!).
Были сформированы десятки новых научных дисциплин, среди которых и радиоэкология.Процесс пошел, свидетельством чему и является приводимая ниже хронология (табл. 5). По традиции, разобьем ее на этапы (см., например, Kathem, Ziemer, 1980; Симак и др., 1998; Краснощеков, 2002).
• 1 период - начальный, описательный (1895-1905 гг.). Происходит осознание открытия Х- лучей и их влияния на биологические объекты.
• 2 период - накопительный (1905-1925 гг.). Этап накопления данных и первых попыток осмысления биологических реакций на облучение.
• 3 период - концептуально-теоретический, становление радиобиологии (1925-1939 гг.). Становление фундаментальных принципов количественной радиобиологии, характеризующееся изучением связей эффектов с величиной поглощенной дозы; открытие мутагенного действия ионизирующих излучений, развитие радиационной генетики.
• 4 период - создания ядерного оружия и «гонка» ядерного вооружения (1939 - начало 1960-х годов). В этот период начинается становление радиоэкологии. Ведутся интенсивные работы в трех направлениях:
■ глобальное и локальное загрязнение радионуклидами в результате испытаний ядерного оружия, техногенные изменения радиационного фона;
■ поведение радионуклидов в наземных и водных экосистемах, распространение их по пищевым цепям;
■ медико-биологические исследования механизмов радиационного повреждения на организменном уровне при разных видах лучевого воздействия и комплексное изучение острого и хронического лучевого поражения человека, острых и отдаленных его последствий.
• 5 период - современный (после 1961 г.). Развитие количественной радиобиологии на всех уровнях биологической организации (в том числе и на экосистемном). Этот период можно условно разделить на два этапа:
■ этап выявления эффектов малых доз облучения низкой мощности (до 1975 г.). Это связано с оценкой безопасности локальных загрязнений радионуклидами окрестностей атомных объектов, по интенсивности мало отличающихся от фоновых.
В это время были выдвинуты две основные концепции: радиационного гормезиса (в основе которой лежат представления о благоприятном, стимулирующем действии низких доз) и так называемого эффекта Петко (постулировавшего более неблагоприятные последствия хронического воздействия малых доз низкой мощности по сравнению с более интенсивным острым облучением высокой плотности);■ этап «поляризацией мнений» (после 1975 г.). На этом этапе оценка уровня возможных последствий радиационного загрязнения переходит, в основном, из научной в социальную сферу.
Современный этап развития радиобиологии (Кудряшов, 2001) содержит в себе пока еще очень краткую историю становления радиоэкологии (хотя, как это обычно и бывает, «корни» нового направления были заложены ранее - в трудах В.И. Вернадского и, например, в большой сводке чешских исследователей [Stoklasa, Penkava, 1932]). Под радиоэкологией "мы понимаем такой синтез радиологических, радиогеохимических и радиобиологических проблем, который обусловливается и цементируется потребностями, методами и приемами, свойственными экологии животных и растений, в том числе и биоценологии. Характерным для экологии и, соответственно, для радиоэкологии должно являться изучение взаимодействия факторов среды (ионизирующих излучений радиоактивных изотопов) с отдельными организмами, их популяциями, биоценозами, фауной и флорой в целом, а не только одностороннее изучение влия-
134
ния фактора на организмы. Важнейшими элементами обратного воздействия организмов на радиоактивные изотопы является способность организмов подвергать их миграциям путем биологической концентрации и биологического рассеивания в цепях экологических взаимодействий организмов как между собою, так и с неживой природой. Нужно прямо сказать, что как теоретическая наука, радиоэкология в значительной мере представляет собой отдел биогеохимии и биогеоценологии. Вместе с тем - это наука о судьбах популяций в природе в зонах естественно или искусственно повышенных радиоактивных фонов. Однако на службе обществу, радиоэкология - это наука об охране природы от радиоактивных загрязнений, о познании и ликвидации экологических путей, способствующих распространению загрязнений, о биологической самоочистке от них природы, наука, которой можно поручить всестороннюю разработку биологических методов дезактивации отходов атомной промышленности и т.д. и т.п." (Передельский, 1957, с. 26-27).
Особый практический интерес представляют следующие изучаемые радиоэкологией проблемы: миграция радионуклидов в пищевых цепях организмов (в том числе сельскохозяйственных животных и человека); «обрыв» или ослабление экологических связей; дезактивация сельскохозяйственных земель, водоемов и т.п., загрязненных радионуклидами; поиск поверхностно залегающих месторождений радиоактивных руд (по радиоактивности растений- индикаторов); выявление территорий суши и акваторий, загрязненных искусственными радионуклидами и пр. Многообразие практических аспектов радиоэкологии привело к ее подразделению на морскую, пресноводную, наземную (в том числе лесную, сельскохозяйственную), а также ветеринарную и граничащую с ней радиационную гигиену. Результаты радиоэкологических исследований оказали большое влияние на принятие многочисленных международных конвенций, направленных на ограничение испытаний ядерного оружия и отказ от его применения в условиях войны. На основе рекомендаций радиоэкологии в промышленности разрабатываются и внедряются замкнутые циклы охлаждения ядерных реакторов, улавливатели радиоактивных аэрозолей, методы хранения и обезвреживания радиоактивных отходов, исключающие их попадание в окружающую среду, и пр.
Но прежде чем переходить к хронологии (табл. 5), приведем табл. 4, в которой (на уровне школьного курса) для напоминания представлены некоторые радиобиологические термины, понятия и единицы измерения. Еще раз подчеркнем, что данный "Календарь" - это не пособие по радиобиологии, и мы посчитали необходимым без комментариев привести лишь самые основные характеристики.
135
Таблица 4
| Корпускулярное излучение | |
| Излучение | Характеристика |
| Альфа-излучение | Представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде |
| элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях. | |
| Бета-излучение | Это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных эле- |
| ментов - от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых. | |
| Космическое | Приходит на Землю из космоса. В его состав входят преимущественно протоны и яд- |
| излучение | ра гелия. Более тяжелые элементы составляют менее 1%. Проникая в глубь атмосфе- |
| ры, космическое излучение взаимодействует с ядрами, входящими в состав атмосфе- | |
| ры, и образует потоки вторичных частиц (мезоны, гамма-кванты, нейтроны и др.). | |
| Нейтроны | Образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах и в других промышленных и |
| исследовательских установках, а также при ядерных взрывах). | |
| Продукты деления | Содержатся в радиоактивных отходах переработанного топлива ядерных реакторов. |
| Протоны, ионы | В основном получаются на ускорителях. |
| Электромагнитное излучение | |
| Характеристики электромагнитных излучений | |
| Источник излучения Энергия, эВ Длина волны, м Частота, Гц | |
| Тормозное излучение | 109 10-16 1024 |
| Гамма-излучение ядер | 105 10-12 1020 |
| Рентгеновское излучение 103 10-10 1018 | |
| Ультрафиолетовое излучение 101 10-8 1016 | |
| Видимый свет | 10-1 10-6 1014 |
| Инфракрасное излучение 10-3 10-4 1012 | |
| Микроволновое излучение 10-5 10-2 1010 | |
| СВЧ | 10-7 100 108 |
| Радиоволны ВЧ | 10-9 102 106 |
| Радиоволны НЧ | 10-11 104 104 |
| Основные радиологические величины и единицы | |
| Наименование и обозначение | |
| Величина | единицы измерения Соотношения между |
| Внесистемные Си единицами | |
| Активность нуклида, А | Кюри Беккерель 1 Ки = 3,7«1010Бк |
| (Ки, Ci) (Бк, Bq) 1 Бк = 1 расп/с | |
| 1 Бк=2,7«10-11Ки | |
| Экспозиционная доза, X | Рентген Кулон/кг 1 Р = 2,58«10-4 Кл/кг |
| (Р, R) (Кл/кг, C/kg) 1 Кл/кг = 3,88-103 Р | |
| Поглощенная доза, D | Рад Грей 1 рад-10-2 Гр |
| (рад, rad) (Гр, Gy) 1 Гр = 1 Дж/кг | |
| Эквивалентная доза, Н | Бэр Зиверт 1 бэр = 10-2 Зв |
| (бэр, rem) (Зв, Sv) 1 Зв = 100 бэр | |
| Интегральная доза | Рад-грамм Грей-кг 1 радт = 10-5 Гр«кг |
| излучения | (радт, rad«g) (Гр«кг, Gy«kg) 1 Гр«кг = 105 радт |
| Воздействие различных доз облучения на человеческий организм | |
| Доза, Гр | Причина и результат воздействия |
| (0,7-2) 10-3 Доза от естественных источников в год. | |
| 0,05 Предельно допустимая доза профессионального облучения в год. | |
| 0,1 Уровень удвоения вероятности генных мутаций. | |
| 0,25 Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах. | |
| 1,0 Доза возникновения острой лучевой болезни. | |
| 3- 5 Без лечения 50% облученных умирает в течение 1-2 месяцев вследствие нарушения деятельно- | |
| сти клеток костного мозга. | |
| 10-50 Смерть наступает через 1-2 недели вследствие поражений главным образом желудочно- | |
| кишечного тракта. | |
| 100 Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нерв- | |
| ной системы. | |