Атомная катастрофа на Урале

Краткий словарь терминов, необходимых непрофессиональному читателю

Бета-излучение (β-radiation) – потоки бета-частиц, «излучаемых» радиоактивными изотопами. Наиболее распространенные изотопы с бета-излучением – это радиоактивный углерод (C14), радиоактивный фосфор (P32), радиоактивный стронций (Sr90), радиоактивная сера (S35) и много других. Бета-лучи – это в основном электроны. Энергия бета-частиц не очень высока, и поэтому они не способны проникать через сравнительно тонкие слои защитных материалов. При внешнем облучении живых тканей бета-частицы проникают внутрь ткани на расстояние от нескольких миллиметров до 2–3 см, редко до 5–8 см.

Гамма-излучение (ɤ-radiation) – электромагнитное излучение короткой длины, состоящее из фотонов высокой энергии, испускаемых со скоростью света ядрами определенных радиоактивных изотопов дополнительно к излучению ими бета- или альфа-частиц. В результате большой энергии гамма-облучение живых тканей вызывает глубокие повреждения внутренних органов. Защита от гамма-лучей обеспечивается толстыми слоями бетона, свинца или других материалов. Изотопы, дающие гамма-излучение – это кобальт-60 (Co60), йод-130 и 131 (J130, 131), железо-55 и 59 (Fe55, 59), цезий-137 (Cs137) и много других.

Доза облучения. – Еще до открытия искусственной радиоактивности доза облучения учитывалась при рентгеновском облучении, и поэтому единица для измерения получила название «рентген». Биологический эквивалент рентгена сокращенно обозначают бэр.

Поглощенная доза измеряется в радах (rad). Разные животные и растения обладают разной чувствительностью к облучению. Смертельной для млекопитающих и человека является доза облучения 500–600 рентген или соответственно 500–600 рад. Однако различные ткани имеют неодинаковую чувствительность, и летальность этой дозы определяется гибелью клеток костного мозга. При локальном облучении других тканей они выдерживают более высокие дозы. Растения и низшие животные выдерживают облучение в несколько тысяч рентген, бактерии и водоросли – в десятки тысяч.

Допустимая доза – количество облучения или концентрация радиоактивных изотопов в среде, которые считаются не вызывающими вредных последствий. Допустимые дозы варьируют в зависимости от типа изотопа, типа облучения, условий облучения, длительности и многих других условий.

Кюри (Сi) – единица радиоактивности, названная в честь Марии Кюри, открывшей радий. Эта единица равна такому количеству любого радиоизотопа, в котором число распадов ядер атомов в секунду составляет 3,7·1010. Соответственно другие единицы радиоактивности обозначаются так: мегакюри (MCi) – миллион кюри, килокюри (kCi) – 1 000 кюри, милликюри (mCi) – 1/1000 кюри, микрокюри (µCi) – 10-6 кюри. Микрокюри дает 37 000 распадов в секунду. При экспериментальных работах с радиоизотопами на животных и растениях вносимые количества чаще всего измеряются в микрокюри. Для человека введение внутрь, например, радиоактивного фосфора в количестве 30–40 мкюри может оказаться смертельным. Введение Sr90 может быть опасным при попадании в организм 1–2 мкюри, так как стронций не выводится быстро из организма, а прочно фиксируется в костях, вызывая так называемое хроническое облучение.

Период полураспада – время, за которое распадается половина радиоактивного изотопа и соответственно наполовину уменьшается его опасность. Изотопы с коротким периодом полураспада, измеряемым секундами, часами или днями, считаются менее опасными для среды (радиоактивные йод, фосфор, сера и др.). Sr90 и Cs137 являются наиболее опасными продуктами в отходах ядерных реакторов и при взрывах атомных бомб, так как эти изотопы имеют периоды полураспада около 30 лет. Поэтому при загрязнении среды этими изотопами опасность сохраняется сотни лет. C14 имеет период полураспада более 5 тысяч лет, но поскольку он выделяется в газообразной форме (углекислый газ), то опасность от радиоактивного углерода считается меньшей.

Ядерные отходы (nuclear waste). – В ядерных реакторах происходит контролируемый распад ядерного горючего (главным образом, урана), который сопровождается накоплением многочисленных радиоактивных изотопов. При этом распаде выделяется большое количество тепла, которое используется в так называемых энергетических реакторах для производства электроэнергии. После окончания процесса распада (продолжающегося много месяцев) блоки израсходованного ядерного горючего содержат много миллионов кюри различных изотопов. Для изготовления ядерного оружия имеют значение изотопы уран-235 и плутоний. Плутоний – это искусственный элемент, который легче выделить из смеси изотопов, и поэтому именно плутоний используется для военной атомной промышленности. В период до начала широкого строительства атомных электростанций военная атомная промышленность в основном была занята выделением плутония из продуктов распада в реакторах. Остальные радиоактивные изотопы составляли так называемые ядерные отходы. Для выделения плутония содержимое реактора после окончания цикла распада (время цикла варьируется от температуры «разогрева» реактора, то есть от скорости процессов) необходимо сначала растворить в крепкой кислоте. Процесс выделения плутония осуществляется на особых радиохимических заводах (reprocessing plants). Одновременно могут выделяться для использования в научных исследованиях и в медицине и другие радиоактивные изотопы (кобальта, йода, фосфора, цезия и т. д.). Но потребность в этих изотопах невелика, и основная масса радиоактивных отходов подлежит захоронению в условиях, при которых они не могут оказать вредного воздействия на среду и людей в течение столетий. Если нужна только тепловая энергия реакторов, то процесс захоронения отходов упрощается, так как подлежит захоронению материал в форме блоков. Если ядерные отходы получены после выделения плутония, то проблема усложняется тем, что захоронению подлежат жидкие отходы с разной концентрацией радиоактивных изотопов (отходы с высокой, средней и низкой концентрацией) в количествах, измеряемых миллионами литров радиоактивных растворов.

Захоронение радиоактивных отходов реакторов. – Существуют многочисленные способы захоронения радиоактивных отходов. Трудности, связанные с захоронением жидких отходов с низкой концентрацией радиоизотопов (low level waste), состоят в огромных объемах этих растворов. При отходах с высокой концентрацией изотопов (high level waste) главная проблема состоит в том, что продолжающийся радиоактивный распад выделяет такое количество тепла, которое нагревает воду выше температуры кипения. Поэтому контейнеры с концентрированными жидкими отходами подлежат постоянному охлаждению. После года-двух такого хранения с охлаждением короткоживущие изотопы распадаются и отходы, содержащие в основном долгоживущие изотопы (главным «остатком» являются Sr90 и Cs137), могут подвергаться той же обработке, которая применима к отходам со средней концентрацией изотопов. В связи с тем, что и реакторы, и контейнеры с высококонцентрированными отходами требуют постоянного охлаждения (обычно циркулирующей водой), центры атомной промышленности располагаются вблизи рек или больших озер в малонаселенных местах. Вода рек и озер используется для охлаждения ядерных установок. Контейнеры для концентрированных отходов могут быть надземными или подземными. Отходы средней концентрации обычно хранят под землей, иногда на большой глубине. Отходы с низкой концентрацией изотопов часто просто сбрасывают в реки и обширные водоемы. В Англии разрешен сброс низкоконцентрированных отходов в море, так как завод по переработке отходов реакторов расположен прямо на берегу. В результате этого концентрация радиоизотопов в Ирландском море в несколько раз выше, чем в океане. В СССР в непроточном Каспийском море концентрация радиоизотопов в настоящее время в 20 раз выше, чем в океане, но пока еще не выше так называемых допустимых доз загрязнения.

Уральская катастрофа

Я уже писал во второй статье, опубликованной в New Scientist в 1977 г. [2], что впервые узнал о ядерной катастрофе в Челябинской области от профессора Всеволода Маврикиевича Клечковского, заведовавшего кафедрой агрохимии и биохимии в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. В тот период я работал на этой кафедре старшим научным сотрудником лаборатории биохимии. В. М. Клечковский был в СССР ведущим специалистом по применению радиоактивных изотопов и излучений в сельском хозяйстве и в исследованиях с растениями и почвами. Он был консультантом Государственного комитета по атомной энергии при Совете Министров СССР, участвовал во многих других правительственных комиссиях и советах по атомной энергии. В 1958 г. именно ему поручили организовать в Челябинской области экспериментальную станцию для изучения действия радиоактивных загрязнений на растения и животных. С В. М. Клечковским у меня были дружеские отношения, незадолго до этого он рекомендовал мою научную работу по избирательной радиоавтографии для доклада на конференции ЮНЕСКО по применению радиоактивных изотопов в научных исследованиях, которая состоялась в сентябре 1957 г. в Париже. В составе делегации был и В. М. Клечковский, и мы с ним жили около двух недель в одном номере гостиницы на набережной Сены. Для меня это была первая поездка за границу и последняя до 1973 г. В 1973 г. я получил разрешение на поездку в Лондон и во время пребывания в Лондоне был лишен советского гражданства и возможности вернуться домой.

Поскольку в 1958 г. у меня уже был достаточно большой опыт работы с радиоактивными изотопами, то при подборе сотрудников для станции В. М. Клечковский предложил мне весьма привлекательную должность руководителя одной из проектируемых лабораторий. Работа на станции не требовала обязательного переезда в Челябинскую область, на зиму можно было возвращаться в Москву. Однако все, что касалось исследований в этом районе, уже относилось к первой категории секретности. Это означало, что я не мог публиковать никакие результаты, должен был дать подписку об отказе от встреч и переписки с иностранцами, от выездов за границу и т. д. Даже мои контакты с гражданами собственной страны подлежали контролю спецотделов, то есть КГБ. Такая перспектива не показалась мне заманчивой, и я отказался.

Однако несколько молодых научных сотрудников кафедры согласились на различные должности в Челябинской области. В. М. Клечковский, сохраняя в Москве кафедру и ряд других постов, принял на себя общее научное руководство работой станции и был связан с ее деятельностью до своей смерти в 1972 г.

От В. М. Клечковского в 1958 г. я и узнал некоторые подробности уральской катастрофы. Точной датой я тогда не интересовался, но профессиональные детали мне стали известны. Главная из них состояла в том, что это был взрыв хранилища концентрированных отходов от военных реакторов, которые закапывали где-то под землей. Радиоактивные продукты, накопившиеся за много лет, были выброшены на поверхность и разнесены ветром (или снежной метелью) на десятки километров. Экспериментальную станцию предполагалось разместить где-то на границе загрязненной зоны, но и там уровень радиоактивности был еще в несколько раз выше нормального. В основной зоне загрязнения не было крупных городов, но в ней оказались деревни и рабочие поселки. В связи с неожиданностью взрыва и разноса радиоактивности определение уровней загрязнения в разных местах провели с опозданием. Секретность, окружавшая все работы, замедлила принятие срочных мер. Первую масштабную эвакуацию начали через несколько дней, и только из ближайших к месту взрыва поселков. В последующем признаки лучевой болезни начали проявляться в более отдаленных местностях. Необходимые меры лечения не были тогда еще достаточно хорошо разработаны. Эвакуация затронула несколько тысяч, а может быть, и десятки тысяч человек, но число погибших от лучевой болезни оставалось неизвестным. Установить количество человеческих жертв в подобных случаях весьма сложно, так как лучевое поражение, особенно связанное с поглощением радиоактивных стронция и цезия, может проявляться в форме лучевой болезни и различных патологий спустя много месяцев, лет или даже десятков лет. Серьезно страдает и следующее поколение, которое появляется на свет от родителей с повышенным «грузом» Sr90 в костях и радиационных повреждений репродуктивных клеток.

В последующие годы, уже после отъезда из Москвы и работы в Институте медицинской радиологии в Обнинске – городе, расположенном в 100 км к югу от Москвы, мне много раз приходилось слышать рассказы об уральской катастрофе и встречать людей, работавших в этой зоне. Еще задолго до заявлений профессора Л. Тумермана я знал, что на дорогах между Челябинском и Свердловском выставлены знаки радиоактивной опасности, рекомендуется проезд на максимальной скорости и запрещен выход из автомобилей. Знаки опасности выставлены вокруг всей зоны в лесах, на открытых местах и внутри самой зоны. Дома в поселках и деревнях были разрушены не взрывом (в этом случае пострадали бы и деревья), а сожжены в запретной зоне, чтобы не допустить возвращения жителей за загрязненными радиоактивностью вещами.

Несмотря на трагичность катастрофы, наличие столь обширного загрязнения среды радиоактивными продуктами в разной концентрации представляло уникальные возможности для научных исследований в области радиоэкологии, радиационной генетики, радиобиологии, радиотоксикологии и во многих других областях. В связи с общими проблемами военного и мирного использования радиоизотопов и излучений в СССР в 1958–1960 гг. существовало очень много исследовательских лабораторий, институтов и разнообразных центров, которые ставили опыты на небольших участках, в больших деревянных ящиках, в стеклянных сосудах, в маленьких отдаленных прудах, изучая в различных строго экспериментальных модельных условиях распределение радиоактивных изотопов в среде, перенос их от растений к животным, поглощение различных изотопов водорослями в прудах и многие другие вопросы радиобиологии, радиационной экологии и радиационной токсикологии. Неожиданное появление обширной естественной загрязненной радиоактивностью территории создавало для тысяч научных сотрудников совершенно новые возможности, уникальные перспективы, которых не было еще ни в одной стране.

Но секретность обстоятельств взрыва лишала всякой надежды на использование таких возможностей и перспектив. Еще с 1951 г., когда я начал экспериментальные исследования с радиоактивными изотопами (сначала по простым схемам распределения изотопов в растениях и анализируя активность синтеза белков и нуклеиновых кислот в тканях растений), стало ясно, что публикация результатов представляет огромные трудности даже при проведении работ, не имеющих никакого отношения к секретности. По обязательным для всех правилам любая статья, подготовленная к печати, должна была до отправки в журнал пройти «комиссию». В институтах или университетах и в других научных центрах существовали особые комиссии, которые составляли акт о том, что данная статья не содержит сведений секретного характера. Без такого акта никакое издательство, никакой журнал или сборник не могли принять статью для опубликования. Цензура (Главлит) общалась только с ответственными работниками издательств и с главными редакторами журналов – в цензуру статьи могли сдаваться только с актами о несекретности. Без разрешения цензуры рукопись не могла быть сдана в набор ни в одну типографию. Однако в тот период все, что касалось радиоактивных изотопов и излучений, считалось заведомо секретным. Институтские комиссии не были полномочны решать вопрос о секретности, если в научной статье были такие слова, как «облучение», «радиоактивность», «радиоактивные изотопы» и т. д. В каком контексте встречались эти термины, не имело значения. Все статьи такого рода необходимо было направлять на дополнительную проверку в какую-то особую цензуру Государственного комитета по атомной энергии. В этом комитете каждая статья подвергалась дополнительной, часто очень долгой экспертизе.

Все это относилось к научным работам, выполнявшимся в несекретных, открытых учреждениях. Секретные лаборатории, типа экспериментальной станции, созданной в зоне уральского загрязнения, не имели и таких возможностей для публикации каких-либо результатов.

В конце 1964 г., после отстранения Хрущева, эра Лысенко в биологии тоже закончилась. В 1965 г. за короткий срок были созданы десятки новых центров и лабораторий для изучения генетики, радиационной генетики, популяционной генетики, радиобиологии, биофизики и многих других теоретических направлений в биологии. Для всех этих новых центров требовалась экспериментальная база. В Свердловске был создан Институт экологии Академии наук СССР – это уже совсем рядом с радиоактивной зоной Челябинской области. В тот же период была произведена реорганизация Государственного комитета по атомной энергии, его председателя Василия Емельянова отправили на пенсию. Был изменен и порядок публикации научных статей по несекретным исследованиям, связанным с изотопами и излучениями, – их уже не требовалось отправлять в комитет, а достаточно было решения местных комиссий, сокращенных с шести до трех человек.

Для научного работника публикация результатов исследований – это принципиально важный вопрос. Только опубликованная работа создает чувство удовлетворенности. Нельзя недооценивать стремление ученых к приоритету, к известности, к определенному престижу в ученом мире, что достигается наличием опубликованных научных трудов. В новых условиях было неизбежно, что и без всяких особых решений правительства появятся возможности сотрудничества между учеными, работающими в секретной научной зоне уральской катастрофы (кроме экспериментальной станции, руководимой В. М. Клечковским, там возникло много других лабораторий и станций), и специалистами в области экологии, радиобиологии, генетики, радиотоксикологии, работающими в открытых учреждениях Уральского и Сибирского филиалов АН СССР, Московского, Новосибирского, Свердловского университетов и во многих других. Их совместные усилия обеспечили появление результатов исследований в научной прессе. Это объясняется тем, что в комиссии, решавшие судьбу публикаций в открытых научных учреждениях (в Институте общей генетики, Институте эволюционной морфологии животных, Институте леса, Институте почвоведения, на биологическом факультете Московского университета, в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения Академии наук и др.) часто входили те ученые, которые хотели видеть свои собственные статьи и статьи своих коллег напечатанными. В список соавторов при этом включались и сотрудники секретных станций, но публикация, как правило, шла под грифом открытого академического института, а названия станций не упоминались. Требования обязательной для всех цензуры можно было удовлетворить (либо снизить бдительность цензоров) тем, что при описании методов не допустимые с точки зрения цензуры детали просто не упоминались. Например, место проведения работ, причины и общая площадь радиоактивного загрязнения и некоторые другие. В научных исследованиях существуют определенные стандарты, обязательные особенно при описании методов. Эти стандарты неуклонно соблюдаются в работах по радиоэкологии, публикуемых в США, Англии и других странах. Эти же стандарты можно видеть и в тех советских исследованиях по радиоэкологии, которые проводились на действительно экспериментально созданных модельных участках. Соблюдать эти же стандарты при описании исследований, выполненных в зоне уральской катастрофы, было невозможно – это мы увидим в следующих разделах.

Если бы мне нужно было просматривать все советские работы, связанные с радиоэкологией, радиобиологией или радиационной генетикой, то я, безусловно, запутался бы в тысячах разнообразных исследований. Мое положение было несколько проще по той причине, что я знал несколько имен ученых, которые вместе с В. М. Клечковским начали работать в Челябинской области с 1958–1959 гг. Имена этих молодых научных работников, активно печатавшихся до 1958 г. (с одним из них я опубликовал совместно две статьи в 1956–1957 гг.), после 1958 г. исчезли из научной прессы. Не удалось их найти ни в авторских индексах международных реферативных журналов типа Biological Abstracts, ни в индексах советской «Летописи журнальных статей» – основного универсального библиографического справочника советской научной литературы. Я не мог обнаружить имен моих коллег в 1959–1965 гг. – все, что они делали в своих лабораториях, хранилось, очевидно, в виде рукописных отчетов, сдаваемых в спецчасть. И вдруг с 1966–1967 гг. их имена снова стали появляться в научных журналах, но всегда в коллективе авторов, представлявших другие научные учреждения. И это только облегчило мои поиски – новые имена означали новые направления исследований. Эти новые имена в последующие годы можно было встретить в других коллективах авторов, но тематика была та же. Вот так по списку контрольных имен и можно было отсеять из массы разнообразной «радиоактивной» литературы именно то, что относилось к уральской катастрофе.

Радиоактивное загрязнение озер, водной растительности и рыб

Когда на Южном Урале сразу после успешного испытания первого экспериментального реактора стали строиться большие реакторы для производства плутония (первый такой реактор был введен в действие в 1948 г. [3]), то недалеко от индустриального комплекса в Челябинской области был создан и радиобиологический центр. По обычаям тех, еще сталинских, времен этот секретный центр не был организован как нормальное научное учреждение, а возник в недрах Министерства государственной безопасности (МГБ). Это был «специальный лагерь», где работали в основном заключенные научные работники и вывезенные из Германии специалисты. Конечно, были там и вольные сотрудники, но они трудились по особым договорам, не дававшим им права на свободное передвижение по всей стране или на смену места работы. Возглавлял исследования по радиобиологии и генетике в этом спеццентре Н. В. Тимофеев-Ресовский – один из создателей радиобиологии как науки и всемирно известный ученый. В 1926 г. он уехал из СССР в командировку в Германию на несколько лет и не вернулся. С 1926 г. работал там недалеко от Берлина. С 1926 по 1945 г. опубликовал более ста научных работ по радиационной генетике и биофизике и несколько книг, ставших классическими. После поражения Германии в войне Тимофеев-Ресовский был арестован и отправлен в СССР. Затем он исчез, и многие его европейские и американские коллеги и друзья не могли получить никаких сведений о его судьбе.

Но в уральский научный центр Тимофеев-Ресовский попал не сразу. В 1946 г. он был осужден как немецкий шпион и отправлен в обычный концлагерь в Казахстане. Когда в 1947 г. стали собирать по лагерям и тюрьмам всех, кто имел какое-нибудь отношение к физике и радиации, Тимофеев-Ресовский находился уже в больнице – он вряд ли смог бы прожить еще один или два месяца, хотя ему было тогда всего 47 лет. Поэтому его сначала привезли в Москву и только после нескольких месяцев лечения отправили на Урал, куда к этому времени привезли из Германии и его жену, также радиобиолога. Здесь он начал создавать первый в СССР серьезный исследовательский центр по радиобиологии и радиационной генетике, собрав в нем нескольких своих прежних сотрудников, тоже ранее арестованных и вывезенных из Германии (С. Царапкин и его сын Л. Царапкин, К. Г. Циммер и др.), и некоторых других научных работников, биофизиков и радиобиологов, которых можно было найти в разных лагерях и тюрьмах (Н. В. Лучник, который сейчас возглавляет отдел биофизики в Институте медицинской радиологии в Обнинске, был в 1947 г. направлен к Тимофееву-Ресовскому из тюремного лагеря в Закавказье).