---

Начать хотелось бы с такого неожиданного направления для нашего слуха, как ядерная медицина. Но для этого стоит разобраться с причинами, по которым многие из нас не сразу могут связать воедино эти два слова: «ядерная» и вдруг — «медицина».
 

---

Многим уже основательно вбито в сознание, что эти два понятия могут сочетаться только в одном случае — когда медики вынуждены спасать пострадавших от чего-нибудь ядерного.

Ведь очень часто атомная энергетика вообще и радиоактивные материалы в частности ассоциируются у нас с такими понятиями, как «радиационное заражение», «экологическая опасность», «лучевая болезнь» и с прочими ужасами.

Медицина боится ядерную физику? Вовсе нет, уже немало лет живет и развивается целая отрасль здравоохранения, которая так и называется — ядерная медицина.

Как такое вообще может быть, и что из себя представляет этот удивительный симбиоз радиоактивности и охраны здоровья?
 

Прежде чем рассказать о ядерных центрах медицины и иных «чудесах», приходящих в нашу жизнь совместными стараниями атомщиков и медиков, как обычно, попробуем привести в порядок путаницу, связанную с таким понятием, как радиоактивность.
 

Для начала — просто физика, а уж потом посмотрим, как на такую физику реагируют наши с вами организмы. Без такого вот порядка мы слишком часто «плутаем» во всех этих беккерелях, бэрах и прочих зивертах, что для человека разумного как-то даже несолидно.

Именно на этой путанице часто играют всевозможные специалисты по нагнетанию радиофобии, порой доводя дело до протестных демонстраций против строительства новых АЭС.

Технология нагнетания, правда, порой дает курьезные сбои. К примеру, несколько лет назад протестный митинг в Будапеште против строительства Росатомом АЭС «Пакш» стоял с плакатами, слоганы на которых организаторы забыли поменять после своей работы в Японии: «АЭС не защищена от цунами!»

С кем не бывает, организаторам отдельное наше «спасибо»: венгры не растеряли чувства юмора, такой замечательный митинг только увеличил число сторонников АЭС. Но частенько «гринписовцы» и примкнувшие к ним работают более профессионально, поэтому знания нам обязательно пригодятся.



Демонстрация в Венгрии против строительства АЭС «Пакш».


Напомним, что ядро любого химического элемента состоит из двух типов частиц: нейтронов, не имеющих электрического заряда, и протонов, которые заряжены положительно. В обычном состоянии атом не имеет электрического заряда, поскольку по своим орбитам вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны.

Самый логичный вопрос, возникающий при этом: а каким таким образом протоны умудряются держаться вместе, ведь одинаково заряженные частицы отталкиваются друг от друга?

В природе существует не только электромагнитное взаимодействие, но куда более мощное, которое физики вот так, бесхитростно, и назвали: сильное. Именно оно удерживает протоны в коллективе, преодолевая их электрическое отталкивание.

Но сильное взаимодействие действует только на очень небольшом расстоянии, как только это расстояние становится больше некой критической величины, в дело вступает электрическое отталкивание.

Совершенно очевидно, что, чем больше протонов в ядре, тем такое ядро менее устойчиво, оно постоянно находится на грани распада-развала, протоны так и норовят рвануть «на свободу».

Но и это еще не все, что угрожает стабильности ядра. Время от времени тихий, спокойный нейтрон в его составе способен буквально «сойти с ума» и... превратиться в протон.

Усилием воли нейтрон выталкивает из себя электрон, в результате чего приобретает положительный электрический заряд и подравнивает свою массу под массу протона со 100%-ной точностью. А свежерожденный электрон в атоме никому не нужен, электроны, вращающиеся по орбитам, настроены к такому новичку крайне недружелюбно: «Все орбиты заняты, вас тут не стояло! Где штамп о прописке?!»

Потолкавшись-пообщавшись с этими мизантропами, дополнительный электрон, понурив голову, улетает прочь в поисках какого-нибудь более гостеприимного коллектива.

Конечно, серьезные физики нас за такое описание жизни атомов и их ядер будут ругать и склонять, призывая написать хотя бы десяток формул, вспомнить про кванты, кварки, вероятности описанных процессов, но нам не привыкать, потерпим.

Формулы важны тем, кто в этих вопросах и так прекрасно разбирается, а физическую суть происходящего вполне можно уяснить без интегралов с дифференциалами.


Радиоактивность

Радиоактивность — это способность атомов спонтанно менять число частиц в своем ядре, либо из-за взаимного электрического отталкивания протонов, либо за счет вышеописанного «умопомешательства» нейтронов. Соответственно, атомы, способные на такое поведение и называются радиоактивными атомами, а вещество, в составе которого такие атомы имеются — радиоактивным веществом.

Акцентируем ваше внимание, что мы пока описываем только свойства атомов и их ядер, в этих рассуждениях нет ни слова о вреде радиоактивности для человеческого организма.

Не всякий радиоактивный атом наносит нам вред, не всякое радиоактивное вещество должно быть всенепременно «изолированно» от нас с вами. Да и не получится ничего из затеи с такой изоляцией!

Экспериментально установлено, что радиоактивны все химические элементы, чей порядковый номер в таблице Менделеева 82 и выше (начиная с висмута), радиоактивны некоторые более легкие элементы: индий, калий, кальций, рубидий. Эти элементы «живут» вместе с нами и даже внутри нас, но никакой лучевой болезни мы ведь от них не получаем.

В общем, пока мы говорим только о свойстве атомов, которое называется «радиоактивность», а уж потом попробуем разобраться, какой вред радиация может нам принести, как этот вред заметить, как от него защититься и как использовать себе на благо.


Радиоактивность была открыта трудами Антуана Беккереля, Пьера и Марии Кюри и Эрнеста Резерфорда.

«Начало начал» исследованиям радиоактивности дали различные соли урана, но вскоре выяснилось, что радиоактивность присуща радию, полонию, торию — и это было только начало.

Систематизировать знания о радиоактивности первым стал Эрнест Резерфорд, который и установил в 1899 году, что соли урана испускают лучи трех разных типов, которые он, не мудрствуя лукаво, назвал альфа, бета и гамма.

Как он определил, что они разные? Альфа-лучи отклоняются в магнитном поле так, как это делают положительно заряженные частицы, бета-лучи — как заряженные отрицательно, а гамма-лучам вообще никакого дела до магнитов нет.

Классификация была предварительной, к нашему времени ее многократно уточняли, находили подтипы, но традиция никуда не делась, ученые и сегодня говорят об альфа, бета и гамме радиоактивности.

Альфа, бета и гамма-излучение.


Снова отказываемся от квантовых формул и диаграмм, кому они интересны, вполне могут найти соответствующую литературу самостоятельно. Почему разные заряды у альфа и у бета частиц, что такое гамма-излучение — «на пальцах».


Альфа-частица

Альфа-частица — это спаянные в квартет два протона и два нейтрона, вылетевшие прочь из материнского ядра.

Понятное дело, что альфа-распад характерен для тяжелых элементов, в ядрах которых просто «толпы» нейтронов и протонов. Понаблюдайте за поведением публики во время многолюдной вечеринки в большом зале. Вроде бы все вместе, но постепенно участники действа начинают распадаться на небольшие группки, старающиеся держаться друг рядом с другом и подальше от всех прочих участников, порой норовя тихой сапой отправиться на прогулку по своим собственным делам.

Вот и в большом ядре могут скапливаться такие «квартеты», некоторые из которых приближаются к внешней границе ядра и, при определенных обстоятельствах, стремительно покидают шумный и душный «зал», устремляясь на волю, в пампасы. Протоны заряжены положительно, у нейтронов электрического заряда нет — вот и наблюдал Резерфорд в своих опытах то, что наблюдал.


Бета-частица

Бета-частица — это просто электрон, порожденный «обезумевшим» нейтроном. Ну, нету места такому пришельцу в сплоченном коллективе протонов, нейтронов и электронов, не-ту! Он обижен, он разозлен, он видеть больше не хочет всех этих снобов-старожилов!

Электрический заряд у электрона отрицательный, что и было зафиксировано Резерфордом.

Аналогия с вечеринкой напрашивается сама собой: вот все тут во фраках и крепдешинах, а откуда-то из подсобного кухонного помещения ужом вкручивается какой-то тип в грязной спецовке крайне всклокоченного вида. Будут держать его в зале? Конечно нет — выгонят прочь с гиками и улюлюканьем.


Гамма-частица

Чуточку сложнее подобрать слова для описания гамма-излучения, но давайте продолжим описывать некую шумную вечеринку в помещении, из которого организаторы не хотят выпускать раньше времени никого из тех, кто туда явился.

Число участников действа стабильно — без пригласительных и фейс-контроля никто впущен не был. Но вот многие курят, многие отплясывают что-то зажигательное, а с вентиляцией — беда-беда.

Время от времени приходится открывать окна, чтобы выпустить в них то сигаретный дым, то еще какие-то неприятные запахи, чтобы продолжить веселье дальше. Атомы могут принимать в себя порции энергии, переходя в возбужденное состояние, но при этом не происходит ни альфа-, ни бета-распада.

Но такое состояние стабильным назвать трудно, оно — квазистабильное. Если в прокуренном зале не открывать окна, того и гляди кто-то в обморок упадет. И атом ведет себя ровно так же, сбрасывая в окружающее пространство излишки энергии.

В атомном мире за перенос энергии отвечают фотоны кототорые и покидают атом в случае гамма-радиоактивности. Нейтроны и протоны остаются на месте, электроны не убегают со своих орбит, а атом после такого вида распада переходит в более стабильное и менее возбужденное состояние.

Гамма-кванты не несут никакого электрического заряда, что, опять же, было зафиксировано Резерфордом. И наша обычная логика, безо всяких формул, снова работает безотказно: частицы, не несущие электрического заряда, остановить сложнее всего.

Магнитные и электрические поля на них не действуют, потому гамма-кванты и проникают в глубину любого материала, оказавшегося на их пути, куда сильнее, чем положительные альфа-частицы и отрицательно заряженные бета-частицы.


Вам не по душе название «гамма-излучение»? Спешим порадовать: все мы с ним хорошо знакомы, причем с юного возраста.

Рентгеновские обследования проходил каждый из нас, а рентгеновское излучение и есть гамма-излучение. Эти названия — «гамма», «рентгеновское» — сведущему человеку говорят только о том, какую порцию энергии волокут на себе фотоны, граница между рентгеновским и гамма излучением совершенно условна, а физическая природа едина.





Вам такое описание показалось слишком сложным? Ну, сходите на вечеринку, отдохните! Нам остается добавить очевидное: радиоактивность бывает как естественной, так и искусственной.

Элементы с порядковыми номерами в таблице Менделеева с 82 (висмут) по 92 (уран) радиоактивны по своей собственной природе, они испытывают радиоактивные распады без всякого участия человека.

Элементы с порядковыми номерами больше 92, на планете Земля не существуют, их создают искусственными методами, в атомных реакторах, на ускорителях, но долго они не живут — испытав радиоактивный распад, превращаются во что-то более стабильное.

Да, если вы еще не убежали в ближайший ночной клуб, то ваша логика все так же работает исправно. После первого акта радиоактивного распада новое, дочернее ядро тоже может оказаться нестабильным, а потому вскоре «выстрелит» еще одним из видов излучения.

И продолжаться это будет ровно до той поры, пока очередная «дочка-внучка» не превратится во что-то стабильное.


Беккерель и кюри

Разобравшись с описанием физических процессов, давайте разложим по полочкам все, что связано с названиями всяческих физических величин, которыми пестрят всяческие тревожащие, пугающие нас рассказы о радиоактивной опасности.

Беккерель — единица измерения радиоактивности в Международной системе единиц. 1 Бк (международная аббревиатура — Bq) — активность источника излучения, в котором за одну секунду в среднем происходит один радиоактивный распад. Именно в среднем (это важно для профессиональных физиков) и без деления на альфа, бета, гамма распады.

Беккерель — единица совсем маленькая, в литературе часто пользуются производными величинами, такими, как, к примеру, мегабеккерель — МБк.

Снова подчеркиваем: встречаемые вами беккерели рассказывают только о свойствах атомов, а не о вреде, который способно принести человеческому организму радиоактивное излучение. На глубине 2-3 км радиоактивно излучают соединения урана, беккерелей там невероятное количество, а вреда нам от этого никакого.

Сам Антуан Беккерель, исследуя свойства солей урана, таскал в кармане пробирку с ничтожным количеством этого вещества, которое выдавало на-гора не так уж много беккерелей, но получил весьма ощутимый радиоактивный ожог, с последствиями которого медики той поры боролись несколько месяцев.

Вне Международной системы единиц прижилась и частенько используется в прессе такая единица, как кюри — Ки (Ci — международное написание).

Традиция, не более того, связь с беккерелем проста и незатейлива: 1 Ки = 37 000 000 000 (тридцать семь миллиардов) Бк.

Беккерель удобно использовать при описании удельной, объемной и поверхностной радиоактивности, то есть сколько излучает 1 килограмм, 1 кубометр или 1 квадратный метр того или иного радиоактивного материала. Бк/кг, Бк/куб.м, Бк/кв.м и так далее.

Присматривайтесь к тому, о чем пишет тот или иной автор — и вы сами поймете, какую именно единицу радиоактивности нужно использовать в том или ином случае.

И помните, что любые количества беккерелей или кюри говорят нам только о потенциальной опасности того или иного радиоактивного материала. Чтобы опасность стала реальной, этот материал должен контактировать тем или иным способом с человеческим организмом.

Чем больше беккерелей имеет тот или иной материал, тем он опаснее, но опаснее — именно потенциально. Плевать радиоактивному атому на нас с вами, уважаемые читатели, опасным такой атом становится только в том случае, если мы неосторожно с ним обращаемся или некие недобрые люди принуждают нас к тесному контакту с радиоактивными веществами.
 

О радиоактивности надо знать, чтобы понимать — это может быть опасно. Количество беккерелей (кюри) надо знать, чтобы понимать, насколько именно это может быть опасно.

Но любые попытки запугивать нас радиоактивностью как таковой исходят либо от людей недалеких, либо наоборот, очень далеких от тех, кто знает физику и не любит беспричинную радиофобию.

«Уран радиоактивен, поэтому все АЭС опасны сами по себе, все выходим на улицу протестовать против строительства новых и продолжения работы старых станций!» Это — глупости, внимать которым действительно образованный человек не должен дольше одной минуты.

Есть одна досадная недоработка физиков — они до сих не ввели единицу измерения глупости на килограмм живого веса любителей нагнетать радиофобию.
 

Естественный фон радиоактивности

Радиоактивность становится опасна только при выполнении двух условий: ее фон должен превышать естественный, а человек должен непосредственно контактировать с радиоактивным веществом.

Что такое естественный фон радиоактивности? Да тот, с которым мы с вами живем в самых обычных условиях. А условия эти — ну, просто-таки лакомая тема для профессиональных радиофобов.

Мы испытываем внешнее радиоактивное излучение, поскольку Солнце по своей физической природе является огромным термоядерным реактором. Мы испытываем внешнее излучение от горных пород Земли, нас облучают даже стены наших собственных жилищ, которые сделаны из того или иного строительного материала.

Солнечные лучи облучают атмосферу планеты, потому радиоактивен даже воздух, который мы вдыхаем. Радиоактивные вещества содержатся в нашей с вами пище: по изотопу калия-40 радиоактивность пшеницы составляет 148 Бк/кг, по нему же в молоке 44,4 Бк/кг.

Это самые простые примеры того, что на протяжении всей нашей жизни мы подвергаемся еще и внутреннему радиооблучению. И ничего — живем и не тужим по этому поводу вот уже несколько миллионов лет, как не волнуется по этому поводу окружающая нас флора и фауна.

Следовательно, страшилка в стиле «любая радиация всенепременно нас убивает» — уровень низкопробного комикса, не более того.

Опасна она тогда и только тогда, когда выполнены оба указанных выше условия. Грубо: мы должны войти в непосредственный контакт с веществом, радиоактивный уровень которого превышает естественный, фоновый.

Каким же образом тот или иной вид радиоизлучения способен нанести вред нашему организму?

Об этом поговорим завтра.

 

---

Окончание следует

---