В физике радиация — это излучение или передача энергии в форме волн или частиц через пространство или через материальную среду; иногда вместо «радиации» так и говорят: «излучение». Эти слова взаимозаменяемы и обозначают в самом общем смысле выделяемую и распространяемую энергию. Но раз так, то почему нас пугает само слово? Почему лампочка кажется безвредной, хотя испускает световое излучение, а антенна мобильного телефона, испускающая электромагнитные волны (тот же свет!), представляется источником глухой угрозы? Не из-за того ли, что антенна, в отличие от лампочки, испускает недоступный глазу свет[80], нечто невидимое, последствия чего трудноизмеримы? Попробуем во всем этом разобраться.

Радиация (излучение) — это прежде всего передача энергии, а не ее носитель. В физике энергия — это то, что позволяет совершать трансформации, а они тем значительнее, чем сильнее энергия. Это позволяет разделить излучения на две категории: неионизирующие и ионизирующие. Неионизирующее излучение переносит слишком слабую энергию, чтобы выбивать из атома содержащиеся в нем электроны. Поэтому его прохождение через инертную или органическую материю происходит относительно мягко. Это не значит, что оно совершенно безвредно: переносимая им энергия приводит к местному нагреву, а то и к ожогам. Так происходит, например, при злоупотреблении солнцем или при разогреве пищи в микроволновой печи. Ионизирующие излучения сильнее. Их энергия способна выбивать из атомов электроны и даже разбивать атомы, из которых состоит вещество. Эти ионизирующие излучения испускаются источниками с сильной энергией. Вот где раздолье для научно-фантастических сценариев!

Радиоактивность

Природную радиоактивность случайно открыл в 1896 году французский физик Анри Беккерель (1852–1908). Он пытался выяснить, одинакова ли природа свечения солей урана и рентгеновских лучей, открытых незадолго до того немцем Вильгельмом Рентгеном (1845–1923). Наблюдая за фотопластинкой, контактировавшей с ураном, он заметил, что отпечаток на ней появляется даже без света: у урана оказалось собственное излучение… Беккерель понял, что у этого излучения не рентгеновская, а иная природа, и назвал его U-лучами[81]. Изучая это новое излучение, Пьер и Мари Кюри открыли два новых химических элемента — полоний и радий — и назвали открытое Беккерелем явление радиоактивностью. Позже выяснилось, что излучение радиоактивных элементов делится на три типа: альфа-, бета- и гамма-лучи, испускаемые тогда, когда нестабильное ядро атома трансформируется в стабильное и облегченное. В силу знаменитой формулы Е = mс² разница массы преобразуется в излучаемую энергию[82]. Энергия в ядре атома в миллионы раз превышает ту, которая существует между ядром и его электронами, отсюда способность этих лучей разделять их, то есть ионизировать вещество.

Теперь обратимся к разным формам радиоактивности. Альфа-излучение состоит из ядер гелия — крупных частиц, разрушающих вещество, в которое они проникают. Но ввиду их размера остановить их способен простой лист бумаги. Бета-излучение представляет собой поток электронов или их античастиц, позитронов, сильно уступающих размерами альфа-частице и потому обладающих более высокой проникающей способностью. Чтобы его остановить, требуется несколько метров воздуха, несколько сантиметров живой ткани или несколько миллиметров металла. Наконец, гамма-излучение — это электромагнитное излучение, или поток фотонов, имеющих высокую энергию, превышающую энергию рентгеновских лучей. Преградой для всепроникающих гамма-лучей могут служить только толстые слои плотных веществ, например свинца. По этой причине они способны серьезно повреждать клеточную ДНК. Во всех случаях лучи, останавливаемые веществом, передают ему много энергии, что вызывает его нагрев, ионизацию и трансформацию с разбиванием ядер. Их воздействие на живые организмы приводит к повреждению молекул в клетках и к нарушению их функционирования.

Влияние радиоактивности на живой организм зависит от полученного им количества энергии — дозы. Слабое, но регулярное воздействие чревато долговременными последствиями. Изучать их непросто, приходится наблюдать за облученным долгие годы. В комиксах и в научно-фантастических фильмах «облучение» всегда приводит к немедленным или очень скорым последствиям: вспомним Брюса Беннера/Халка или Фантастическую Четверку (персонажей «Марвел»), облученных гамма-лучами. В реальности при сильном облучении заметны кратковременные последствия радиации. Они хорошо известны, так как изучены in situ («на месте») при взрывах и авариях на АЭС.