Иногда, во время воскресной игры в гольф, которую я практикую после того, как мне надоедают автогонки «Формулы-1», ко мне подходят, комкая натруженными руками свои соломенные шляпы простые люди. Ну знаете, из тех, что косят траву по утрам обыкновенными косами, и сажают капусту для того, чтобы мне было чем закусывать зимой. Так вот, эти люди часто спрашивают: что такое радиоактивность?
Я не знаю, откуда у них такие вопросы. И лишь однажды один из этих людей проговорился, что конюх третьего дня был в городе и смотрел там телевизор, пока сидел в ожидании приёма у дохтора. И там, по этому самому диковинному телевизору показывали какого Попопенко, который рассказывал про чудовищную радиоактивность, которая не позволила бы американцам пересечь какие-то то ли ремни, то ли пояса.
Так. Ситуация может выйти из-под контроля. Это нужно срочно пресечь. Я попросил ходока собрать весь народ на общее собрание на городской площади возле памятника капитанам Киму и Бурану.
Лекция про радиоактивность
Народ здесь был самый разношёрстный. Здесь были бывшие военные. По виду дезертиры – без погон и фуражек. На них были надеты какие-то простые гимнастёрки с нашивками за полученные ранения, а обуты они были в кирзовые растоптанные сапоги. Еще было много людей, которых я называю «грибниками». Они почти все были облачены в какие-то непонятные серые балахоны и огромные широкополые шляпы, полностью скрывающие лицо. Их неизменный атрибут – плетёная корзинка размером с яблоко и с логотипом яблока. Не надкушенного. Что в этой корзинке, и зачем она нужна – никто не знал. Откуда пришли эти люди, и люди ли это были вообще – тоже было абсолютно неизвестно. Механик декораций (реальный человек, а не все эти фрики) однажды сказал, что его счётчик Гейгера однажды чуть с ума не сошёл рядом с такой корзинкой. И да, как я мог забыть – пришла и женщина с лысой головой и глазами без радужных оболочек. Куда же без неё.
Я забрался на ближайшую катушку с рутением, снял кепку, зажал её в кулак, вытянул правую руку вперёд, левой пригладил усы и начал свою речь:
«Народ! Сегодня мы поговорим про радиоактивность!»
Один из грибников откуда-то из складок одежды достал Нокию 3310, но потом подумал, спрятал телефон и достал блокнот и погрызанный карандаш.
Я продолжил.
«Радиоактивность – это физическое явление, замеченное в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем и позднее тщательно изученное благодаря супругам Марии и Пьеру Кюри. Эти трое людей получили за своё открытие Нобелевскую премию по физике в 1903 году.
О чём же идёт речь? Если говорить очень упрощённо, то речь идёт о химических элементах, у которых в ядре нет «правильного» баланса между протонами и нейтронами. Именно такие элементы являются радиоактивными. Так происходит в том случае, когда количество нейтронов избыточно или слишком мало по сравнению с количеством протонов. И им становится трудно держаться вместе.
Этот дисбаланс корректируется естественным путём: высвобождением лишних нейтронов или протонов. Если это происходит в виде альфа-частиц (ядер гелия), то возникает альфа-излучение. А если это происходит в виде бета-частиц (это могут быть электроны или позитроны), испускается бета-излучение».
Женщина с глазами без радужных оболочек вдруг резко подняла правую руку вверх и сказала: «Пози… что, простите?».
Я ответил:
«Позитрон. Это античастица электрона».
Женщина вдруг заплакала, прикрыла лицо ладонями и ушла. Вернее уплыла своей знаменитой летящей походкой…
У кого-то в толпе зазвонил запрещённый здесь смартфон. В качестве рингтона использовался хит группы Гражданская Оборона «Вечная весна».
Когда городовые навели порядок и нарушителя отправили в яму, мне дали возможность продолжить.
«Другой случай – это гамма-излучение, которое генерируется, когда ядро одного элемента самопроизвольно превращается в ядро другого элемента. Это происходит потому, что некоторые элементы очень нестабильны, то есть их ядро находится в возбуждённом состоянии или, что то же самое, имеет высокий уровень энергии. Это и заставляет его непрерывно и неоднократно превращаться в другие, более стабильные элементы, пока не наступит фундаментальное состояние, в котором свойства ядра остаются постоянно неизменными.
Радиоактивность – это естественно
Такими свойствами естественным образом обладают абсолютно все изотопы (атомы элемента с разным числом нейтронов, то есть имеющие разную массу) элементов с атомным номером, равным или большим 84. То есть стабильных изотопов выше 84 не бывает.
Хотя сегодня уже возможно получать радиоактивные изотопы и стабильных элементов. Это так называемая искусственная радиоактивность, открытая в 1934 году супругами Фредериком Жолио и Ирен Кюри, дочери Марии и Пьера.
Именно последний открыл всем известный полоний – высокотоксичный, радиоактивный и опасный элемент, естественно присутствующий в урановых рудах (в количестве примерно 100 микрограмм на тонну). Газ радон также радиоактивен и присутствует в крупных подземных скоплениях.
Как и во всём, решающее значение в случае с радиоактивностью имеет доза. Тот факт, что радиоактивные элементы можно обнаружить с помощью сцинтиграфии, делает возможным их использование в относительно новой отрасли медицины: ядерной медицине. Радиоактивные материалы применяются для диагностики онкологических, сердечных, эндокринных, неврологических заболеваний и т. д. Технологии с их использованием позволяют проводить неинвазивные исследования практически без побочных эффектов (лучевая диагностика). Также подобные материалы применяются для лечения некоторых заболеваний (лучевая терапия).
Всё это хорошо, но есть одно но. Некоторые элементы, свободно встречающиеся в природе и использующиеся в медицине, могут стать причиной таких ядерных катастроф, как Чернобыль и Фукусима.
Тёмная сторона радиоактивности
Негативное воздействие радиоактивности обусловлено её ионизирующей способностью: когда излучение достигает живых клеток, обладающих достаточной энергией для высвобождения электронов из молекул, составляющих клетку, образуются ионы, состоящие из молекул с иным количеством электронов, чем исходные ядра. Наличие этих ионов приводит к нарушению нормального функционирования клетки.
Например, щитовидная железа, расположенная у нас на шее, очень страдает от радиоактивности. Она нуждается в йоде для правильного функционирования. Обычно он содержится в различных продуктах питания, таких как йодированная соль, рыба и морепродукты. Нуждается она в обычном, нерадиоактивном йоде. Но в случае, если произойдёт катастрофа, подобной той, что произошла в Чернобыле, образуется огромное количество радиоактивного йода, который безо всяких ограничений усваивается щитовидной железой.
Этот йод, будучи радиоактивным, накапливается в железе и периодически испускает альфа- или бета-частицы, которые, находясь очень близко к мозгу, повреждают его клетки, вызывая рак и другие болезни.
Именно поэтому после ядерной аварии одной из первых мер является выдача населению таблеток йода, поскольку таким образом щитовидная железа получит весь необходимый ей «нормальный» йод, и не будет использовать тот йод, который может иметь радиоактивные свойства.
Наиболее серьёзные повреждения клетки возникают при повреждении ДНК, и это может произойти двумя способами:
1 Вода в организме имеет тенденцию поглощать большую часть радиации и становится ионизированной. Когда вода ионизируется, она быстро образует высокореактивные молекулы, называемые свободными радикалами. Эти свободные радикалы могут вступить в реакцию с молекулой и повредить её ДНК.
2 Излучение поражает непосредственно ДНК молекулы, ионизируя и повреждая её.
Риск от радиации для здоровья человека зависит не только от интенсивности излучения и продолжительности воздействия, но также от типа поражённой ткани и её поглощающей способности. Например, репродуктивные органы в 50 раз чувствительнее кожи.
Мутагенное действие радиации было впервые выявлено американским учёным физиком Германом Йозефом Мюллером в 1927 году. За своё исследование он получил Нобелевскую премию по медицине в 1946 году.
Множество преимуществ
Но не всё так плохо. Ядерная энергия, после её преобразования в электрическую, тепловую или механическую энергию, приносит много пользы человечеству. Достаточно создать для этого безопасные условия.
Такой подход позволяет, например, сократить использование ископаемого топлива. И, следовательно, выбросы загрязняющих атмосферу газов, что благоприятствует энергетическому планированию.
Однако неполадки на атомных объектах, к которым могут привести человеческая ошибка или стихийное бедствие, несут риск утечки веществ, которые очень неблаготворно воздействуют на живые клетки.
И не только это происходит при работе атомных электростанций. Есть ещё и проблема с отходами, которые они производят. Эти отходы остаются радиоактивными в течение длительного времени».
Я закончил свой выступление и обвёл глазами присутствующих. Народу заметно поубавилось. «Грибники» ушли почти все, лысая женщина не вернулась. Один из «военных», переложив незажжённую папиросу в левый уголок рта, сунул руки в карманы, и с наглой ухмылкой вдруг произнёс: «А вот скажи нам, профессор, ты ведь такой умный, как пропатчить kde2 под freebsd?»
После чего заржал, и позади него заржали, как по команде, его коллеги, вечно пахнущие портянками и гуталином.
Я спрыгнул с катушки рутения и устало побрёл в свою криокамеру…