Можно было бы беспокоиться, потому что Sr⁹⁰ не является природным изотопом, а был создан впервые человеком в процессе деления. Вот незнакомый яд, который рассеивается по земле. Можем ли мы иметь хоть какое-то представление о том, сколько его будет усвоено людьми?
Ответ зависит от факта, который мы подчеркивали на протяжении всей этой книги: изотопы одного и того же элемента химически и биологически неразличимы. Радиоактивная разновидность стронция будет вести себя точно так же, как стабильная природная разновидность. В частности, отношение Sr⁹⁰ к стабильному стронцию в организме человека должно быть таким же, как это отношение в нашей пище. Из этой предпосылки мы можем предсказать, сколько Sr⁹⁰ попадет в организм человека.
Из общего выхода энергии деления, высвобожденной во всех ядерных испытаниях на сегодняшний день, можно точно рассчитать, сколько Sr⁹⁰ было произведено. Это количество составляет около 100 фунтов.
Примерно половина этого количества осела в местах испытаний и рядом с ними в виде ближних осадков. (Большая часть радиоактивности исходит от больших бомб, и большинство из них были взорваны на земле или над мелководьем.) Небольшая часть из 100 фунтов распалась в облаке. Остальное, примерно 50 фунтов, частично все еще находится в стратосфере, а частично было рассеяно по всему миру в виде тропосферных и стратосферных осадков. В настоящее время измерения показывают, что 25 или 30 фунтов фактически вернулись на поверхность земли. Локальные значения варьируются от примерно одной трети до более чем в два раза выше среднего глобального значения.
В северной части Соединенных Штатов, в регионах с частыми дождями, измеренные значения примерно в два раза выше среднего глобального уровня. В широтах между 10° ю. ш. и 50° с. ш. среднее значение примерно на 50 процентов выше среднего глобального уровня. Для остального мира можно найти, с некоторыми вариациями, около одной трети среднего глобального уровня.
Большая часть осадков Sr⁹⁰ улавливается в верхних двух или трех дюймах почвы. Он существует там в водорастворимой форме, которая легко усваивается растениями. Также в почве, химически неотделимый от Sr⁹⁰, находится стабильный природный стронций. Растения, животные и люди не имеют возможности различить их.
Нелегко определить, сколько природного стронция находится в форме, доступной для растений. Часть природного стронция нерастворима; а часть находится ниже глубины корней. Наша лучшая оценка заключается в том, что на акр приходится около 60 фунтов, фактически доступных для усвоения растениями. Это, конечно, среднее значение.
Количество природного стронция в организме человека — это величина, которую мы знаем довольно хорошо. Она была тщательно измерена и составляет около 0,7 грамма у среднего взрослого человека, с пропорционально меньшим количеством у детей. Теперь, поскольку мы знаем, насколько сильно Sr⁹⁰ был разбавлен в почве и сколько природного стронция в наших телах, мы можем рассчитать ожидаемое количество Sr⁹⁰ в наших костях. Учитывая многие неопределенности в расчетах, не следует ожидать слишком хорошего совпадения. Примечательный факт заключается в том, что количество Sr⁹⁰, измеренное у маленьких детей, действительно совпадает с расчетным количеством. Для взрослых измеренное значение довольно сильно отличается в меньшую сторону от расчетного, потому что кости взрослых были сформированы по большей части до того, как в окружающей среде появился Sr⁹⁰.
Тот факт, что мы можем рассчитать, сколько Sr⁹⁰ в настоящее время находится в организме, наиболее важен, потому что он дает нам уверенность в том, что мы понимаем, что происходит. Для нас особенно важно понимать, что происходит, чтобы мы могли предсказать, как ядерные испытания, проводимые сегодня, повлияют на будущие уровни Sr⁹⁰ в организме.
Из таких аргументов, как те, что мы привели, плюс записи содержания Sr⁹⁰ в костях за последние несколько лет, кажется маловероятным, что уровень Sr⁹⁰ увеличится более чем в два раза из-за уже проведенных испытаний. На самом деле этот коэффициент может быть даже меньше, как из-за смешивания стронция с более глубокими слоями почвы, так и из-за того, что радиоактивный стронций, который долго остается в земле, имеет тенденцию становиться химически менее растворимым и более тщательно смешиваться с той частью природного стронция, которая химически недоступна. Этот последний процесс называется «химическим старением».
Проследить радиоактивный стронций и нормальный стронций от почвы до пищи и костей — непростое дело. Мы должны беспокоиться о вопросе глубины стронция в почве и химической форме стронция. Полная идентичность Sr⁹⁰ и нормального стронция сохраняется только в том случае, если оба находятся в одном месте и в одной химической форме. Дополнительная трудность заключается в том, что до недавнего времени мало что было известно о поведении нормального стронция, и знания накапливаются медленно.
Гораздо больше известно о кальции. Теперь кальций и стронций ведут себя не идентично, но они ведут себя схожим образом. При переходе от почвы к человеку отношение кальция к стронцию не остается прежним, но, по крайней мере, оно меняется более или менее определенным образом. На самом деле большая часть работы по усвоению Sr⁹⁰ была проделана путем сравнения Sr⁹⁰ с кальцием.
Чтобы использовать данные по кальцию, нужно выяснить, как меняется отношение кальция к стронцию при усвоении материала в организм человека. В почве в среднем приходится около 1 части стронция на 100 частей кальция. В организме человека это отношение составляет около 1 к 1400.
Таким образом, стронций дискриминируется по отношению к кальцию при переходе от почвы к человеку примерно в 14 раз. Это фактор защиты.
Хорошо перепроверить этот вывод и выяснить, как отношение кальция к стронцию меняется шаг за шагом при переходе от почвы к человеку. Можно обнаружить фактор 1,4 при переходе от почвы к растению, фактор 7 при переходе от растения к молоку и фактор около 2 при переходе от молока к человеку. На самом деле, если мы сложим все эти факторы, мы должны ожидать, что на пути от почвы к человеку отношение кальция к стронцию увеличивается в 20 раз. Это находится в разумном, но не в отличном согласии с отношением 14, приведенным выше.
Как только фактор защиты установлен, мы можем получить значение ожидаемого усвоения стронция из того, как радиоактивный материал разбавляется кальцием, а не нормальным стронцием. Это менее прямой, но на данный момент более практичный метод, чем прямое сравнение Sr⁹⁰ и нормального стронция. Это особенно важно, когда сравниваются почвы с довольно разным содержанием кальция.
Растениям и животным необходим кальций. Когда они его не получают, у них развивается кальциевый голод. Поскольку стронций химически похож на кальций, недостаток кальция в почве легко замещается доступным стронцием. Можно ожидать, что растения, выращенные на бедной кальцием почве, и животные, выращенные на такой земле, будут демонстрировать аномально высокое содержание природного стронция, а также пропорционально высокое содержание Sr⁹⁰. Высокое содержание Sr⁹⁰ было фактически подтверждено. Некоторые овцы в Уэльсе, например, по-видимому, имеют примерно в десять раз больше среднего количества Sr⁹⁰ в своих телах.
К счастью, большинство людей получают пищу из многих областей, широко удаленных друг от друга. Почва, бедная кальцием, вряд ли обеспечит более чем малую часть пропитания человека. Однако возможность большого колебания нельзя игнорировать. В этом случае потребуются корректирующие меры. Одной простой мерой было бы удобрение бедной почвы дополнительным кальцием.
То, что почву можно успешно обрабатывать таким образом, иллюстрируется нынешней ситуацией в Уэльсе. Овцы с аномально высоким содержанием Sr⁹⁰ все происходят с крутых, бедных пастбищ, которые не известкуются. Овцы с нижних пастбищ, которые известкуются (не из-за радиоактивных осадков, а по экономическим причинам), показывают активность лишь в одну треть от значения, упомянутого выше.
Мысль, которую мы пытались донести в этой главе, заключается в том, что нынешние уровни Sr⁹⁰ у людей могут быть удовлетворительно объяснены простыми аргументами, основанными на химическом сходстве элементов и идентичности изотопов. Эти аргументы дают нам уверенность в том, что мы правильно понимаем, как Sr⁹⁰ и сколько Sr⁹⁰ попадает из почвы в организм человека.
В то же время мы увидели, как много факторов влияют на конечное усвоение организмом человека: географическая широта, частота выпадения осадков, химическая форма, в которой находится стронций, содержание кальция в почве, метод ведения сельского хозяйства. Несмотря на то, что Соединенные Штаты энергично ведут это исследование с 1952 года, основная часть работы еще впереди.
Например, в Соединенных Штатах молочные продукты обеспечивают большую часть кальция и стронция в нашем рационе. В Японии, однако, ситуация несколько иная. Там основным источником кальция и стронция является рис. В результате отношение стронция к кальцию может проходить иначе от почвы к человеку. Также радиоактивный стронций из осадков может быть вымыт глубже в почву, и отношение растворимого к нерастворимому может быть другим.
Учитывая сложный характер усвоения Sr⁹⁰ человеком, важно внимательно следить за фактическими уровнями Sr⁹⁰ в почве, в нашей пище и в наших собственных телах. Следующие графики показывают, как эти уровни выросли за последние несколько лет из-за испытаний бомб:
Sr⁹⁰ в почве — измеряется в тысячных долях грамма на квадратную милю.
Среднее содержание Sr⁹⁰ в молоке в США — измеряется в триллионных долях грамма на кварту.
Средние дозы радиации от Sr⁹⁰ в костях маленьких детей (США) — измеряются в рентгенах в год.
Фактические количества Sr⁹⁰ в почве, в молоке и в костях маленьких детей известны лишь приблизительно. Но главный момент, который мы пытаемся проиллюстрировать, заключается в том, что с 1954 года накопление Sr⁹⁰ продолжалось довольно устойчивыми темпами. Как долго будет продолжаться это накопление?
В 1954 году в ходе испытаний было высвобождено больше радиоактивности, чем во все остальные годы вместе взятые. Вероятно, более половины этой активности уже осела. С тех пор энергия деления, производимая в испытаниях США, неуклонно снижалась. Более того, мы научились минимизировать глобальные радиоактивные осадки, используя наземные взрывы, которые осаждают большую часть своей активности в ближних осадках рядом с испытательным полигоном. Также можно поместить химические добавки рядом с бомбой, чтобы превратить стронций в более нерастворимую форму или в форму, которая легче выпадет в непосредственной близости от взрыва. И что самое важное — мы разрабатываем чистые ядерные устройства, которые производят ударную волну и тепло, но значительно сниженную радиоактивность. В будущем это чистое оружие может полностью устранить дополнительную радиоактивность.
Трудно делать прогнозы относительно планов всех стран. Если мы обнаружим — и другие тоже обнаружат, — что чистые виды оружия являются наиболее предпочтительными, общее загрязнение стронцием вряд ли превысит нынешние показатели более чем в два-четыре раза. Мы полагаем, что все доводы — уважение к человеческой жизни, военные соображения и элементарный здравый смысл — ведут к одному выводу. При разработке ядерных взрывных устройств мы должны стремиться сделать их чистыми. Но истинная причина этого кроется не в незначительном загрязнении вследствие испытаний. Истинная причина заключается в том, что война может превратить загрязнение в угрозу для бесчисленного множества людей.
ГЛАВА XII Угроза для личности
Какой вред наносят атомные испытания? Некоторые ученые утверждают, что только от прошлых испытаний во всем мире преждевременно погибнет около 50 000 человек. Единого мнения по этому вопросу нет. Некоторые считают, что это число должно быть меньше. Возможно, что радиоактивность оказывает некоторые эффекты, которые скорее продлевают жизнь, чем сокращают ее. Но даже если бы все биологические последствия радиации были известны, многие вопросы все равно требовали бы ответов. Можно ли оправдать испытания, если они действительно сокращают чьи-то жизни? Даже возможность угрозы здоровью должна восприниматься со всей серьезностью. С другой стороны: существуют ли какие-либо причины, делающие продолжение испытаний необходимым?
Мы вернемся к этим вопросам в следующей главе. Сначала, однако, мы попытаемся представить читателю известные факты об опасности радиоактивных осадков для отдельного человека. Мы попытаемся оценить эту опасность, сопоставив ее с другими, более привычными опасностями, которым подвергаемся все мы. В следующей главе мы обсудим, как радиоактивные осадки могут повлиять на будущие поколения.
Опасности, исходящие от больших доз радиации, хорошо известны. Облучение всего тела дозой в тысячу рентген почти наверняка приводит к смерти менее чем через тридцать дней. Четыреста или пятьсот рентген дают пятидесятипроцентную вероятность выживания. При дозе менее ста рентген опасности немедленной смерти нет. Три года назад жители Маршалловых островов получили дозу в 175 рентген. Никто не умер. По-видимому, все они здоровы.
В течение более длительных периодов времени можно перенести даже большие дозы радиации. Тысяча рентген, распределенная на всю жизнь, не вызывает видимых биологических последствий в отдельных случаях. Грубое правило (которое не слишком хорошо обосновано) гласит, что можно перенести в пять раз больше радиации, если получать ее небольшими дозами за один раз.
Сто рентген, полученные однократно, или доза, в несколько раз превышающая эту величину, полученная за длительный период времени, не вызовут болезни или смерти, которые можно было бы напрямую связать с радиацией. Однако такая доза радиации может иметь вредные биологические последствия, которые являются более тонкими. У облученного человека может развиться повышенная восприимчивость к определенным заболеваниям, в частности к раку костей и лейкемии. Лейкемия — это смертельное заболевание, при котором белые кровяные тельца размножаются слишком быстро.
Человек, получивший сто рентген, не обязательно заболеет раком костей или лейкемией. Скорее, вероятность того, что он заболеет этими болезнями в течение жизни, могла увеличиться. Знания такого рода можно получить только с помощью статистики.
Если, например, большое количество мышей получает тяжелую дозу радиации в течение длительного периода времени, обнаруживается, что частота опухолей и лейкемии среди таких облученных животных выше, чем естественная частота этих заболеваний.
Прямых доказательств на людях, к счастью, довольно мало. Существует статистика по выжившим в Хиросиме и Нагасаки, а также по радиологам. Последняя группа, вероятно, получает несколько сотен рентген в течение своей профессиональной жизни. Кроме того, существует некоторая статистика по детям, которые лечились большими дозами радиации от увеличения вилочковой железы. Люди, страдающие анкилозирующим спондилитом, болезненным заболеванием суставов позвоночника, также лечились большими дозами рентгеновского излучения. Статистика во всех этих случаях приводит к одному и тому же выводу: большие дозы радиации увеличивают вероятность того, что жизнь человека будет сокращена из-за лейкемии и, возможно, других видов рака. Более того, представляется (в основном на основе экспериментов на животных), что повышенная вероятность просто пропорциональна полученному количеству радиации, по крайней мере для доз в районе нескольких сотен рентген.
Конечно, это звучит пугающе. Но дозы радиации от глобальных радиоактивных осадков находятся в совершенно ином классе, чем те, которые мы обсуждали. Они гораздо меньше. В среднем человеческие кости получают около 0,002 рентгена в год от Sr⁹⁰ в составе радиоактивных осадков. Кроме того, все тело получает примерно такое же количество гамма-лучей, в основном от Cs¹³⁷. Эти цифры относятся к новой костной ткани у маленьких детей, выросших в среде с наличием Sr⁹⁰ в северной части Соединенных Штатов. Это регион максимальных радиоактивных осадков. Взрослые, чьи кости сформировались по большей части до начала атомных испытаний, получают около 0,0003 рентгена в год от Sr⁹⁰. Ни одна из этих цифр не кажется тревожной.
При нынешнем уровне пожизненная доза в северной части США составляет лишь малую долю рентгена. Редкий человек может получить в несколько раз больше. Если испытания продолжатся нынешними темпами, уровни радиации могут увеличиться в пять раз. Однако даже в этой ситуации трудно представить, чтобы кто-то получил пожизненную дозу более пяти или десяти рентген от глобальных радиоактивных осадков. Более разумная оценка средней пожизненной дозы составила бы несколько рентген или меньше.
Можно было бы сделать вывод из этих цифр, что от радиоактивных осадков нет никакой опасности. Этот вывод, однако, может быть неверным.
Опасность от таких малых доз радиации определить непросто. Даже лучшие статистические методы недостаточны. Ищутся малые эффекты, которые проявляются только после изучения миллионов случаев. Эксперименты на животных в таких условиях проводить чрезвычайно сложно. Прямой контролируемый опыт на людях, конечно, невозможен. В результате приходится делать выводы на основе эффектов при более высоких уровнях доз, где были получены экспериментальные данные.
Это можно сделать многими способами. Один из способов — предположить, что закон пропорциональности действует вплоть до самых малых доз. Это означает, что один рентген вызывает в сто раз меньше случаев рака костей и лейкемии, чем 100 рентген. Этот закон правдоподобен. Он отнюдь не доказан.
Рассуждая таким образом, можно обнаружить, что на каждую мегатонну энергии деления, которая выходит за пределы места испытаний в виде глобальных радиоактивных осадков, жизни примерно четырехсот человек будут сокращены из-за лейкемии или рака костей. При нынешних условиях испытаний примерно половина продуктов деления оседает в виде локальных радиоактивных осадков в месте испытаний и рядом с ним. Таким образом, на каждую взорванную мегатонну энергии деления, возможно, 200 человек могут заболеть лейкемией или раком костей. Эта цифра может быть на самом деле выше, возможно, даже тысяча человек или более на мегатонну. Она также может быть ниже. Она может быть равна нулю.