Энергия будущего

Первым ученым, "увидевшим" необыкновенные лучи, еще неизвестные науке, был немецкий физик К. Рентген.

В 1896 году весь научный мир был взбудоражен его открытием. Лучи свободно проходили через непрозрачные предметы. Этим явлением тотчас воспользовались медики. По сей день врачи ставят диагноз, направляя пучок рентгеновских лучей на человеческий организм. Исследователей же в первую очередь интересовала природа излучения. Надо было узнать, что они собой представляют и откуда берутся?

Наряду с исследованиями велся поиск излучающих веществ. В том же году французский ученый А. Беккерель, изучая те вещества, в состав которых входил уран, обнаружил, что они также источники какого-то излучения, проникающего сквозь непрозрачные тела. За открытием А. Беккереля последовали обширные исследования супругов Кюри.

Но вот что выглядело загадочным: излучение урана, делающее воздух электропроводным и зачерняющее эмульсию фотопластинок, невозможно было изменить никаким воздействием. Мария Кюри нагревала и охлаждала его соли, держала их в темноте, направляла на них пучки света. И никакого влияния. Вне зависимости от физического состояния урана, находился или не находился он в магнитном поле, излучение сохраняло прежнюю величину. Значит, шло оно из глубины элемента - из атома. Это новое свойство Мария Кюри предложила назвать радиоактивностью, исходя из латинского слова "радиус" - луч.

Явление радиоактивности, представляющее собой своего рода извержение, было первым сигналом о том, что внутри ядра есть энергия.

Последующие исследования вскрыли природу радиоактивного излучения и позволили определить его состав.

В него входят альфа-лучи, представляющие собой ядра гелия; затем бета-лучи - это электроны; и, наконец, гамма-лучи - это электромагнитное излучение. С электромагнитным излучением мы встречаемся постоянно.

Радиоволны, тепловое излучение, свет, лучи Рентгена, гамма-излучение все это электромагнитное излучение, отличающееся только длиной волны.

Электромагнитное излучение распространяется подобно волнам на воде. Расстояние между двумя близлежащими гребешками называют длиной волны. У радиоволн длина волны лежит примерно в интервале от 10 сантиметров до нескольких десятков километров. Человек их не видит и не ощущает. Но вот волны становятся короче, скажем, их длина уменьшается до одного миллиметра. И они уже ощутимы, ибо человека греет тепло, волнами идущее от солнца и батарей отопления. Если длина волны еще короче - это уже область видимого светового излучения. При длине волны Ю-7-Ю-9 сантиметра излучение носит название рентгеновского. Его человек также не видит и не ощущает. Невидимы и неощутимы и самые короткие волны около 10^-11 сантиметра. Это уже гамма-лучи.

Стоит напомнить еще об одном известном факте - о прерывистости потока излучения, о квантовании лучистой энергии. По мере изучения радиоактивности становилось очевидным, что она имеет прерывистый характер и состоит как бы из порций, из пакетов волн электромагнитного излучения. Становилось ясно, что и энергия излучения передается только небольшими порциями, которые назвали квантами. Величина квантов, то- есть количество содержащейся в них энергии, зависит от длины составляющей их волны. Чем она короче, тем больше энергии в кванте.

По-видимому, первейшими исследованиями, посвященными действию рентгеновского облучения на живые организмы, была работа русского академика И. Тарханова. Статья, опубликованная в 1896 году "В известиях Санкт-Петербургской биологической лаборатории", называлась "Опыт под действием рентгеновых Х-лучей на животный организм". Выходит, прошло лишь несколько месяцев после того, как К. Рентген впервые сообщил о своем открытии, а И. Тарханов за это время уже обнаружил, что у облученных лягушек изменяются некоторые физиологические реакции.

Наступил период, когда сами исследователи убедились во вредном действии рентгеновского излучения.

Очень многие пионеры исследования рентгеновских лучей и излучения радиоактивных ядер стали жертвами науки. Одни из них заболевали, а другие погибали.

В 1936 году в Гамбурге был установлен обелиск в память ученых, погибших при исследованиях неизвестных лучей. В момент открытия памятника на нем уже были высечены имена ста десяти ученых.

Долгое время люди не могли понять, чем вызвано губительное действие радиации. "Что тут непонятного? - удивленно воскликнет современный читатель.-Все знают, что энергия рентгеновских и гамма-лучей-наивысшая".

Все это так, но тут есть некоторые тонкости, с которыми полезно ознакомиться. Да, энергия квантов такого излучения максимальна, но даже смертельная доза в тысячу рентген (рентген - единица измерения радиации), принятая организмом, вызовет повышение его температуры лишь на три тысячные градуса, так как это только 20 калорий тепла. Под солнечными лучами мы получаем то же самое за полсекунды-секунду. А ведь многие из нас, хотя это не так уж безопасно для здоровья, лежат на пляже часами. Чаще всего с нами ничего особенного не случается. В чем же тут дело?

В разнице между видами лучей. Световые лучи и радиоволны не могут ионизировать атом - оторвать от него электрон. Для этого недостаточно той порции энергии, которую несут их кванты. А квантов гамма-излучения хватает. Они ионизируют элементы, из которых состоит наш организм. А ионизированное вещество весьма неустойчиво, его атомы легко вступают в химические реакции. Это приводит к изменению химического состава вещества нашего живого организма.

Такое же действие могут оказать и нейтроны. В организме при облучении потоками этих частиц также могут возникнуть необратимые изменения. Правда, сами нейтроны не могут ионизировать атомы. Но они могут поглотиться атомом водорода, в ядре его возникает избыточная энергия, которая и высвечивается в виде гамма-излучения, обладающего не только высокой энергией, но и большой ионизирующей способностью.

Все это так. Однако мы еще не пришли к объяснению биологического эффекта. -Ведь и такого воздействия излучения, при котором возникает ионизация атомов, для него еще недостаточно. Представим себе, что при указанном выше облучении из строя будет выведено несколько молекул белков. Исследования покажут, что это настолько незначительное количество, что такая потеря никак не может привести к тяжелым нарушениям в организме. Клетка не станет смертельно поврежденной, если окажется пораженной молекула воды, какой-либо соли или фермент. Ну исчезнет одна-другая молекула из многих тысяч, что из этого? Другое дело, если будут выведены из строя гены, ответственные за наследственные свойства клетки. Последствием их гибели окажутся мутации - изменения наследственной информации, возникающие под воздействием радиации.

Распространено мнение, что наследственная информация - это передача признаков и свойств от родителей к детям. На самом деле это и передача сведений от одних клеток к другим. Хотя они делятся и гибнут, их свойства наследуются другими клетками. Если нарушить этот механизм передачи информации, то клетки перестанут обновляться. Бывает и так, что начинают нарождаться и размножаться другие клетки, неполноценные, функционирующие не так, как нужно.

Нарушение наследственной информации во многих клетках при воздействии радиации и есть причина некоторых болезней. Правда, не надо думать, что нарушение наследственной информации вызывается только ядерным излучением, в чем до недавнего времени были убеждены многие. Наследственные изменения могут вызываться и химическими веществами. Открыт целый ряд лекарственных препаратов, усиливающих или ослабляющих воздействие излучения на клетки. Одни из них помогают излучению разрушать ненормальные, больные клетки, другие восстанавливают их жизнеспособность.

Восстанавливать клетки - это понятно. Но зачем разрушать? Оказывается, при лечении некоторых раковых опухолей такие препараты как бы помогают организму избавляться от клеток, ставших вредными, концентрируют на них усилия излучения.

Уничтожение раковых опухолей не единственное полезное применение проникающей радиации. Искусственные мутации, например, позволяют во много раз ускорить селекционную работу по созданию новых высокопроизводительных сортов растений и пород животных.