Невидимый современник

Тучи собрались с вечера. А когда на Эльсинор упала ночь, наступила такая тьма, что Бернардо, стоявший на посту, не видел не только помоста, но и эфеса собственной шпаги.

Когда же молния распорола непроглядный покров мрака и сокрушительный раскат грома потряс стены замка, Бернардо успел заметить человеческую фигуру, с ног до головы закутанную в плащ.

— Кто идет?

— А, это ты, Бернардо? Тогда все гораздо проще.

Бернардо узнал голос Горацио, самого верного из друзей Гамлета. Нет, не на последнее прощание с другом пришел он. Весь день в его мозгу звучали слова Фортинбраса: «Будь он в живых, он стал бы королем…» «Гамлет должен стать королем», — говорил себе Горацио. Быть может, душа еще не покинула тело принца. А если так, его можно спасти. Гамлету были известны все тайны целебных трав и кореньев, и многими из них он поделился со своим другом. И сейчас Горацио шел, чтобы попытаться вдохнуть жизнь в уже охладевшее тело.

Он приложил к посиневшим губам губку, намоченную в уксусе, настоянном на корневищах папоротника, и начал растирать грудь порошком бодяги. Бернардо, покинув пост, стал помогать ему. Долго трудились они, тщетно испытывая то одно, то другое средство, и уже начали терять надежду. Но, наконец, — о чудо! — за несколько минут до того, как прокричал петух, веки Гамлета дрогнули и губы слегка приоткрылись. Вскоре и румянец появился на уже побелевших щеках.

— Спасен, — облегченно вздохнули оба…

Гамлет стал королем и дожил до глубокой старости. Дания расцвела под его справедливым правлением. А сам Гамлет все свободное от дел государственных время тратил на занятия медициной, в которой добился изрядных успехов.

Почему бы и нет? Трагедии Шекспира далеко не всегда отличаются документальной точностью. И я берусь доказать, что именно так могла закончиться история с Гамлетом, принцем датским. Докажу это не менее логично, чем иные ученые доказывают какую-нибудь ахинею, делая это в отличие от меня вполне серьезно.

Когда у детей бывает бронхит, им нередко прописывают нашатырно-анисовые капли с добавлением глюкозы. Еще совсем недавно их называли каплями датского короля. И мне в детстве их давали.

Но при чем тут датский король? В том-то и штука. Очевидно, какой-то датский король (заметьте, именно король, а не принц) был видным медиком. Я не знаю таковых, кроме принца Гамлета. Доказательство? Пожалуйста. Вспомните, что говорит Гамлет в четвертой сцене третьего акта, обращаясь к Гертруде:

Что это за зеркало, с помощью которого можно видеть насквозь? Ну конечно же, рентгеновский экран. Значит, Гамлет действительно был врачом. А поскольку капли не принца датского, а короля, значит, Гамлет не погиб от отравленной шпаги, а стал королем. Все совершенно логично, и попробуйте со мною спорить.

Ничто не мешает продолжить логическую цепь рассуждений и прийти к выводу, что историю открытия проникающей радиации и ее применения в медицине и биологии следует начинать с Гамлета — принца датского, позже — датского короля.

Написанное выше, разумеется, не более, чем шутка, и на самом деле все началось гораздо позже и совсем по-другому. Если стремиться к документальной точности, нашу историю можно начинать с 3 апреля 1901 года, с того рокового дня, когда известный французский химик Анри Беккерель пришел в гости к своим друзьям Пьеру и Марии Кюри.

Незадолго до этого супруги Кюри получили новый химический элемент, которому дали имя радий. Интерес Беккереля к новому веществу был вполне понятен. Ведь Беккерель открыл недавно радиоактивность — свойство некоторых элементов испускать невидимые лучи. А радий по степени радиоактивности превосходил все дотоле известные вещества. Как же удержаться от желания «поиграть» с радием: поставить с ним несколько опытов!

В те дни единственным местом на Земле, где имелся чистый радий, была лаборатория супругов Кюри. Когда Беккерель пришел к ним со своей просьбой (запомним, что это было 3 апреля!), трубочку с драгоценными крупинками бережно завернули в бумагу и упаковали в картонную коробочку. Беккерель осторожно положил ее в жилетный карман…

Профессор был в восторге от новой «игрушки». Еще бы: как только он зашел в свою лабораторию, то увидел, что экран, по свечению которого обнаруживают радиоактивность, вовсю сияет. А ведь ученый не успел даже снять пальто и стоял на большом расстоянии от экрана.

Беккерель с увлечением принялся за опыты, которые в течение нескольких дней следовали один за другим. Но потом работа пошла более вяло: ученый почувствовал недомогание. А 13 апреля, то есть десять дней спустя, он обнаружил у себя на груди красное пятнышко. Довольно болезненное, оно — удивительное дело! — образовалось как раз под тем жилетным карманом, в который Беккерель положил коробочку с ампулой, полученной от Кюри. Пятнышко превратилось в язвочку, которая упорно не хотела заживать. Профессор обратился к врачу.

Долго лечился Беккерель, в конце концов и краснота и болезненные ощущения исчезли. Однако не навсегда. Через два года он опять почувствовал боль в том же самом месте и снова был вынужден обратиться к врачам…

Ампула с радиоактивным веществом и пятнышко на груди Беккереля не случайное совпадение. У всех ученых, которые начинали исследования радиоактивных веществ (а также рентгеновых лучей), наблюдались различные болезненные явления из-за неосторожного обращения с новыми лучами. Но кто в те времена думал об осторожности?!

Беккерель отделался сравнительно легко. А для многих других ученых и врачей, начинавших исследования рентгеновых лучей и радиоактивности, лучевые поражения закончились в конце концов смертью…

В Гамбурге, возле здания одного из институтов, воздвигнут обелиск в память о жертвах науки, погибших в результате исследования новых лучей. Когда в 1936 году этот обелиск установили, на нем было высечено 110 имен. За последующие годы число их утроилось.

Медленно собирала радиация свою зловещую жатву. И знали об этом лишь немногие: те, кто исследовал биологическое действие лучей, да те, кто был связан с ними по роду занятий и должен был принимать необходимые меры предосторожности. Нужно заметить, что со временем несчастные случаи происходили все реже и реже. Большинство исследователей облучились в самые первые годы, когда о биологическом действии радиации не было ничего известно. Как только пришло знание, опасность стала сходить на нет.

И вдруг в 1945 году радиация, с которой раньше имели дело лишь единицы, вторглась в жизнь всего человечества. Атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, в один день унесла во много раз больше жизней, чем погибло от действия радиации за полвека…

Позже началось мирное применение атомной энергии. С новым фактором стали соприкасаться большие массы людей. Наступил атомный век. Проникающая радиация стала невидимым современником граждан атомного века…

Мог ли кто-нибудь во времена Рентгена и Беккереля предвидеть, какая могущественная сила выпущена человеком из недр вещества?! Сила, могущественная и в зле и в добре: ведь она способна разрушать города и вращать роторы электростанций, вызывать тяжелую болезнь и исцелять. Но как ни удивительно, уже тогда были люди, которые не только догадывались об огромных силах, дремлющих в атомах, но даже предсказывали создание атомной бомбы.

В то же самое время, когда Беккерель лечил свою лучевую язву, на естественном факультете Московского университета учился худощавый студент — Борис Бугаев. Он горячо и глубоко увлекался и физикой, и музыкой, и философией. Начинал печатать стихи, которые подписывал псевдонимом Андрей Белый.

Позже (но не слишком поздно, чтобы иметь возможность приписать себе задним числом пророческую дальновидность), в 1921 году (за четверть века до начала атомной эры!), он вспоминал в поэме «Первое свидание» студенческие годы, свои впечатления, мысли и чувства тех времен. Вот профессор Николай Алексеевич Умов рассказывает на лекции по физике о том,

Студент Борис Бугаев слушал лекцию по физике, а для поэта Андрея Белого

Не правда ли, удивительно?! Но ничего удивительного нет. Некоторые недалекие люди пытаются противопоставлять «физиков» и «лириков». А ведь Борис Николаевич Бугаев долго колебался, стать ему ученым или поэтом. И без глубокого проникновения в мир физики не унеслась бы его фантазия в атомный век. А разве не нужно быть поэтом для того, чтобы создавать в своем уме новые миры, которых никто не видел и которые так не похожи на окружающее, но тем не менее существуют в глубинах вещества и в необъятных просторах вселенной!

Теперь электрон кажется чуть ли не предметом ширпотреба. А еще в начале этого века он был загадкой, над которой бились величайшие умы. Понадобилась не одна «безумная» идея для того, чтобы электрон стал простым и понятным…

Этот вопрос возник в головенке моего сына, когда ему было пять лет. Нет, он отнюдь не вундеркинд. Просто совещание происходило на открытом воздухе, и Андрюшка заинтересовался, что такое слушают мама, папа и другие дяди и тети. Он сел под кустиком рядом со своим старым другом Павлом Зыряновым, физиком-теоретиком, доктором физико-математических наук.

Итак, вопрос о цвете электрона, возникший потому, что в докладе этот самый электрон был упомянут несколько раз, адресовался как раз тому, кому нужно. Павел Степанович вполне серьезно ответил:

— Электрон цвета не имеет.

Самое замечательное в этой истории (ради чего, собственно, я ее и рассказывал) — то, что дальнейших вопросов не последовало. Детский ум не отягощен грузом стереотипных представлений. Для него вовсе не обязательно, чтобы каждый предмет имел какой-то цвет. И то, что возмутило бы ум взрослого, детский воспринял как новую информацию: бывают «вещи», не имеющие цвета.

Я не знал об этом разговоре, и, когда подошел к сыну, Андрей первым делом заявил:

— Папа, а я знаю, какого цвета электрон.

— Какого же?

— Электрон цвета не имеет.

Трудность восприятия некоторых представлений современной науки для неспециалистов состоит в том, что она вступила в области, где действуют законы, отличающиеся от тех, с которыми нам приходится иметь дело в повседневной жизни. Но и эти законы помаленьку переходят со страниц заумных статей в нашу повседневность. И то, что мы понимали с трудом, а отцы наши вообще не могли уяснить, для детей становится привычным.

Мой сын с детства слышал об электроне и даже знает, что он не имеет цвета. А крупнейший физик Вильгельм Конрад Рентген долго не хотел верить в существование электронов.

Когда я учился в школе, электрон уже казался понятным и привычным, но то, что это и частица и волна, не укладывалось в голове. Не только моей, но и ученых-философов. А прошли годы, и мне пришлось работать с электронным микроскопом, где используются волновые свойства электронов, постигать законы электронной оптики.

Не так давно многие смотрели на гениальное уравнение Эйнштейна E = mc² как на формальный математический трюк, в лучшем случае, считали: да, это правильно, но какое это имеет значение? Так, что-то из области «четвертого измерения». А теперь этим уравнением начинены атомные бомбы и атомные реакторы, и оно же поведет космические корабли к другим звездным системам…

И хотя эта книга о радиобиологии, нам тоже придется соприкоснуться со странным миром мельчайших частиц вещества и энергии. Ведь в основе биологического действия радиации лежит взаимодействие электронов и прочих частиц микромира с атомами и молекулами живого вещества.

Нет, мы не будем говорить ни о таинственных «кварках», про которые никто не знает, существуют они или нет, ни про антигипероны, ни даже про мезоны, но соприкоснуться с этим миром необходимо.

Если бы Андрюша спросил доктора наук Зырянова не о цвете электрона, а сколько сейчас известно элементарных частиц, тот, вероятно, ответил бы более уклончиво, что-нибудь вроде «около тридцати», ведь в наше время новые частицы появляются одна за другой. И кто знает, может быть, вчера вышел в свет свежий номер журнала, где описано открытие следующей.

Первой элементарной частицей, с которой познакомились физики, оказался электрон. Открыл его знаменитый «Джи-Джи» — профессор Джозеф Джон Томпсон. Электрон сразу поставил физиков перед новыми трудностями (не потому ли мудрый Рентген не желал его признавать?!). Тотчас же стало ясно, что электроны присутствуют в огромном числе во всех телах. Между тем электроны заряжены отрицательно — это одно из их основных свойств. А наш мир электрически нейтрален. Явный парадокс!

Этот парадокс было дано разрешить талантливейшему из учеников «Джи-Джи», сыну новозеландского фермера Эрнсту Резерфорду — одному из первых и наиболее выдающихся исследователей радиоактивности. Он изучал рассеяние альфа-лучей при прохождении их через тонкую золотую фольгу. Альфа-лучи возникают при радиоактивном распаде и представляют собой поток довольно тяжелых (во всяком случае, по сравнению с электронами) частиц, заряженных положительно. Альфа-частицы прошивали тоненький золотой лепесток, как пуля лист бумаги. Некоторые слегка отклонялись от первоначального пути. Но отдельные, очень немногие вели себя крайне удивительно. Они летели назад! Пуля отскакивает от листка бумаги?

Слово «атом» было придумано Демокритом из Абдеры. Больше двух тысячелетий жил этот термин, не облеченный ни в какие физические одежды. Шарики? Песчинки? Но ведь это не физическая модель «мельчайшего неделимого».

Редкие частички, отражавшиеся от золотого лепестка, позволили различить первые физические черты атома. После долгих раздумий и неизбежных ошибок Резерфорд пришел к выводу: атом состоит из тяжелого, положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются легкие отрицательные электроны (как планеты вокруг Солнца). От этих тяжелых ядер и отражались частицы в опытах с золотой фольгой.

Удивительно наглядная гипотеза. Микромир устроен так же, как мир звезд и планет! Сколько раз потом атом менял свое обличье, но большинство людей до сих пор именно так его и представляют, потому что их вполне устраивает подобная наглядность.

Но что устраивало большинство, не удовлетворяло физиков, и в первую очередь, вероятно, самого Резерфорда. Физическая модель атома, описанная Резерфордом в мае 1911 года, противоречила законам физики. Та самая модель, что осела в умах большинства людей.

Согласно законам классической электродинамики, заряженная частица, вращающаяся по круговой орбите, должна непрерывно излучать энергию, теряя ее при этом. И в конце концов (а именно: очень быстро) упасть на ядро. Если бы атом был устроен так, как полагал Резерфорд, наш мир вообще не существовал бы. Но тем не менее ученый был прав, хотя и возник парадокс, который вскоре разрешил один из величайших физиков, датчанин Нильс Бор — ученик Резерфорда.

Классической электродинамике противоречило не только поведение электронов. Давно уже ученых смущали спектры излучений (не тех проникающих излучений, о которых пойдет речь в этой книге, а самых обыкновенных лучей света), испускаемых атомами. Вместо «радуги» атомы дают спектры, состоящие из отдельных полос. Они выглядят так, словно на обычный непрерывный спектр наложили черную бумагу с узкими прорезями. И это противоречило тогдашней физике.

В голове Бора родилась «безумная» гипотеза. Он предположил, что законы классической термодинамики не распространяются на мир электронов и атомов. Им управляют свои, особые законы.

Существуют определенные орбиты, по которым электрон движется, не излучая, утверждал Бор. При падении на более низкую орбиту электрон излучает вполне определенное количество энергии и, поглощая ее, переходит на более высокую орбиту. Таким образом, объяснялись и устойчивость атомов и линейчатая природа атомных спектров. От применения классической физики к явлениям микромира пришлось отказаться. Таким образом, Резерфорд оказался прав. И хотя модель атома все еще продолжает изменяться и уточняться, в ее основе лежат модели Резерфорда и Бора.

Вюрцбург — средневековый германский город. Поздний осенний вечер… Собственно, даже не вечер, а ночь. Сквозь туман и слякоть неуверенно бредет к себе домой старый бондарь Курт Мюллер — лодырь и забулдыга, личность настолько ничем не замечательная, что автор в своем совершенно правдивом повествовании вправе его и выдумать. Он может быть не Куртом, а Фрицем, не Мюллером, а Майером, не бондарем, а колесным мастером — безразлично. Бондарь, пожалуй, лучше, потому что в Вюрцбурге крупный пивной завод, а где варят пиво, там нужны бочки. Но и это несущественно…

Важно, что Мюллер ежедневно покидает пивную последним. Его путь лежит через Пляйхер-Ринг, мимо большого серого дома, где все последние ночи в одном из окон цокольного этажа горит свет. Как-то Мюллер заглянул в окно и увидел, что вся комната заставлена какими-то чудными машинами, среди которых бродит мрачный господин. Не понравился он Мюллеру. Хотя и сюртук на нем такой, как носят вполне добропорядочные господа, но волосы как смола, курчавые (не разберешь, что под этими волосами!), бородища длинная, густая, а глаза так и горят, так и горят: ни дать ни взять нечистый (не помянуть бы его имя к полуночи).

Вот и сегодня подходит Курт к зловещему дому. В окне темно. Странно… Впрочем, что-то слабо светится. Набравшись смелости, Курт заглядывает в окно и спустя несколько мгновений опрометью несется по Пляйхер-Ринг (куда весь хмель девался!), будя истошным криком почтенных бюргеров и их дородных супруг, спящих мирным сном:

— Черт! Черт!

А следующим вечером Курт рассказывал собутыльникам вещи, совершенно невероятные. Поверить ему было просто невозможно, и все поняли, что старина Мюллер нализался вчера больше обычного.

Курт клялся и божился, что не где-нибудь, а в их городе видел самого дьявола, который сначала забавлялся тем, что пускал искры по всей комнате или наполнял ее мерцающим сиянием. А потом Мюллер увидел руку. Мертвую руку. Не рука и не скелет. Вроде бы и рука, а все косточки просвечивают. И живая — шевелится. А кроме руки, ничего и не было. Ну кто же этому поверит!

Автор не берется утверждать, что такой случай действительно произошел, но ручается, что вполне мог произойти, и притом не когда-нибудь, а именно в ноябре месяце.

С полной определенностью можно говорить лишь о том, что 28 декабря господин, которого мог видеть в окно пьяница Мюллер, передал другому господину какие-то бумаги. И, поднявшись на второй этаж, хитро подмигнул своей супруге и тихо сказал:

— So, nun kann der Teufel losgehen!

В переводе на русский язык эта немецкая поговорка звучит примерно так: «Ну вот, теперь можно и выпустить черта из бутылки».

И черта выпустили. Это был черт немецкой национальности, ибо дело происходило в средневековом немецком городе Вюрцбурге, впрочем, отнюдь не в средние века, а в году одна тысяча восемьсот девяносто пятом — в канун нашего трезвого века…

Нетрудно догадаться, что пьяница Мюллер торчал в ту страшную ночь под окнами великого физика профессора Вильгельма Конрада Рентгена, когда он открыл новые невидимые лучи, названные им «икс-лучами» и которые теперь во всем мире называют рентгеновыми. Поэтому, оставив навсегда Курта Мюллера, познакомимся уже всерьез с профессором Рентгеном.

Хорошо, если об ученом известно, что ему свойственна какая-то обычная человеческая слабость. Он может быть заядлым футбольным болельщиком, или филателистом, или скрипачом-любителем, или холостяком… Это делает его понятным, человечным. Приятно писать и приятно читать. Вот он — живой человек, такой же, как и мы с вами, сделал великое открытие. Проникаешься гордостью за Человека вообще, за самого себя!

Увы, у Рентгена не было «безумных» идей, как не было и нормальных человеческих слабостей. Словом — черт, столь характерных и для героев научно-фантастических романов и для героев научно-популярных книг. Но что делать, я здесь пишу только правду и не могу наделять своего героя чертами, которых у него и в помине не было.

Он был блестящим физиком. Может, даже самым лучшим физиком-экспериментатором конца прошлого века. Но он твердо верил, что дело ученого — собирать факты, а отнюдь не объяснять их.

Отлично известно, что лозунгом Ньютона было: «Я не измышляю гипотез!» Но Ньютон создал классическую физику. В его лозунге речь шла лишь об общей методологии создания теорий. Он считал, что нужно идти не от предположений к их проверке, а от сбора фактов к их обобщению. Но если Ньютон имел в руках достаточно фактов, то смелости у него хватало для «безумной» — не гипотезы, а уже теории, даже принципа!

Не таков был Рентген. Для него работа начиналась со сбора фактов и кончалась описанием полученных фактов.

Долгое время сотрудником Рентгена был Абрам Федорович Иоффе — выдающийся советский физик. Он вспоминает, как, получив неожиданные результаты, поставил серию опытов, приводящих к интересным выводам. Он написал об этом Рентгену, который тогда был в другом городе. В ответ пришла открытка, где Рентген писал: «Я жду от Вас солидной научной работы, а не сенсационных открытий», и рекомендовал вернуться к прерванным исследованиям.

Иоффе рассказывает о судьбе одной из совместных работ с Рентгеном. Была проведена обширнейшая серия исследований. Результаты укладывались в рамки простой и ясной теории. Рентген и слышать о ней не хотел. Абрам Федорович изложил ее на нескольких страничках. Рентген ничего не мог возразить, но настаивал, чтобы были описаны только факты — двести страниц описания фактов! Дело дошло до крупного конфликта между учителем и учеником.

Да о чем говорить, если до 1906–1907 годов в физическом институте Мюнхенского университета, которым тогда заведовал Рентген, просто-напросто запрещалось произносить слово «электрон». Рентген упорно продолжал считать его «недоказанной и ненужной гипотезой», и это в начале нашего века! А ведь электроны — те самые частицы, торможение которых рождает рентгеновы лучи, открытые им самим целым десятилетием раньше!

Таков научный стиль Рентгена. Не такими мы обычно представляем себе крупных ученых. Но тем не менее Рентген был крупнейшим физиком, и открытие его отнюдь не случайно. Такой стиль работы имел в своей основе исключительную требовательность к себе и другим, исключительное, сказал бы я, уважение к Науке.

Рентген никогда не публиковал незаконченных работ. Только когда он был абсолютно уверен в правильности полученных результатов, только когда было ясно, что действительно поставлена последняя точка, он решался направить свою работу в печать.

Его крайне раздражали «предварительные сообщения». Бушующий ныне поток кратких предварительных заявочных сообщений, в которых зачастую ничего нет и за которыми ничего не следует, начинался в виде постепенно расширявшегося ручейка уже в те времена. И чем больше появлялось подобных сообщений, тем фундаментальнее, солиднее, обстоятельнее становились работы Рентгена. Его последняя статья занимает целый выпуск «Физических анналов».

Рентген завещал после смерти сжечь все свои незаконченные работы. Его волю исполнили. Заодно бросили в огонь и работы его учеников и сотрудников; некоторые были вполне законченными. Таков Рентген-ученый.

Таким был и Рентген-человек. И в науке и в личной жизни его поступками руководило чувство долга. Он был принципиален до странности.

В свое время Рентген был состоятельным человеком. Лауреат Нобелевской премии (кстати, первая премия по физике присуждена именно ему), он при скромном образе жизни постепенно стал довольно богатым. Свои сбережения он хранил за границей, в голландском банке.

Когда началась первая мировая война, немецкие газеты стали публиковать воззвания к населению о максимальной экономии, о том, что долг каждого истинного немца — отдать свои сбережения родине. Рентген так и сделал: отдал все, что было им скоплено за долгие годы, до последнего пфеннига. Конечно, он мог бы этого и не делать, деньги-то хранились в надежном месте.

Но если вы из этого сделаете вывод, что Рентген относился к кайзеру Вильгельму со слепым благоговением, то ошибетесь. Долг немца — отдать сбережения, Рентген и отдал. А благоговения никакого не было.

Однажды Вильгельм II посетил Германский музей в Мюнхене. При осмотре физического отдела пояснения давал Рентген, и давал блестяще, с полным знанием дела. Когда очередь дошла до отдела артиллерии, то объяснения стал давать кайзер, считавший себя великим полководцем и знатоком военных наук. Но не смог сказать ничего, кроме общих фраз и общеизвестных вещей. И хотя перед ним стоял Вильгельм, Рентген не выдержал:

— Простите, ваше величество, но вы говорите совершенно тривиальные вещи.

Вряд ли кто другой отважился бы сказать такое. Но если вы решите, что Рентген ненавидел кайзера, то ошибетесь. Он сказал ему это так же, как сказал бы кому угодно другому.

Как известно, жертва Рентгена была совершенно ненужной — Германия проиграла войну. Наступил страшный для немцев 1917 год — год голода, разрухи, продовольственных карточек, по которым почти ничего не давали. Многочисленные друзья Рентгена, особенно из Голландии, зная об этом, непрерывно посылали ему посылки с продовольствием. Он их аккуратно получал и… аккуратно сдавал государству. Он считал, что не имеет права на большее, чем остальные. За год он похудел больше чем на 20 килограммов и стоял на краю смерти. Только после настойчивого убеждения врачей, что так он не выживет, Рентген согласился на усиленный больничный паек.

Нобелевская премия — чуть ли не единственная почесть, которую Рентген согласился принять. Он отказался от дворянского звания, звания академика, отказывался от орденов, от почетного занятия профессорских кафедр…

В последние годы Рентген жил более чем скромно и во многом себе отказывал. Лишь раз в неделю ел мясное блюдо. Незадолго до смерти он захотел посетить Швейцарию, где раньше бывал с женой… Ради этого он целый год не пил натурального кофе, к которому так привык.

Гамлет — принц датский, конечно, ни при чем. Невидимые лучи, проникающие сквозь любые преграды, открыл Вильгельм Конрад Рентген, и никто больше. И смешно пытаться оспаривать его приоритет. Однако один претендент нашелся. Это был профессор Ленард — средней руки физик и человек с нечистой душой. Основой для его приоритетных претензий было то, что Ленард мог в своих опытах обнаружить новые лучи (кстати, Рентген сам упоминает об этом в своей статье). Мог сделать открытие, но не сделал… Во времена Гитлера Ленард стал одним из создателей «немецкой» физики. Как-то мне попал в руки немецкий школьный учебник, изданный в годы Третьего рейха. В нем вместо рентгеновых лучей говорится о «лучах Ленарда». Но теперь и в Германии, конечно, говорят только о лучах Рентгена.

Рентген сделал свое открытие, изучая катодные лучи, которые несколько раньше исследовал Ленард. И даже работал на приборе конструкции Ленарда. Впрочем, сами катодные лучи открыл тоже не Ленард, они были известны физикам по крайней, мере уже сорок лет. Поэтому всякий, кто работал с катодными лучами, мог сделать открытие.

Христофору Колумбу приписывают слова «гений тем отличается от посредственности, что гений делает то, что любой другой мог бы сделать». Правильно сказано!

Катодная трубка представляет собой стеклянную трубку, наполненную сильно разреженным газом. В ее стенки впаяны два электрода: катод (на него подается отрицательный заряд) и положительный анод. Если трубка заполнена газом при обычном давлении, ток через нее не идет. Разреженный газ проводит ток, начиная при этом светиться. Если газ еще более разрежен, то светится не он, а стенки трубки. Лучи, вызывающие это свечение, и получили название катодных.

Природа катодных лучей во времена Рентгена была загадкой. Теперь известно, что они представляют собой поток срывающихся с раскаленного катода электронов, которые к тому времени уже открыл «Джи-Джи» и в существование которых отказывался верить Рентген.

Если к работающей катодной трубке поднести лист бумаги, покрытый платиносинеродистым барием, бумага начинает светиться. Рентген заключил катодную трубку в чехол из черного картона — свечение не прекращалось. Похоже, что на светящееся вещество действуют какие-то невидимые лучи, способные проходить через непрозрачный картон. Физике такие лучи были неизвестны.

Открытие? Может быть. Рентген жил в казенной квартире, в доме, где находилась его лаборатория. Через несколько дней после первых наблюдений он перестал ходить обедать домой: еду ему приносили в лабораторию.

Ошибки быть не может. Это не катодные лучи и не какое-нибудь постороннее излучение, возникающее где-то вне трубки. Рентген уже точно может сказать, что невидимые лучи возникают в стекле катодной трубки — в том самом месте, где можно заметить зеленоватое светящееся пятнышко. Рентген никогда не выступает с незаконченными работами. Своему другу Теодору Бовери, профессору зоологии, он проговаривается: «Я открыл кое-что интересное, но еще не уверен, достаточно ли корректны мои наблюдения». Большего ученый не сказал даже лучшему другу.

Рентген велел лабораторному служителю перенести в лабораторию постель и теперь проводил здесь круглые сутки. Он уже знает, что новые лучи проходят через любые преграды, кроме свинца, все другие вещества только в большей или меньшей степени могут их ослаблять (на самом деле они проникают и через свинец, только слабее, чем через другие вещества), знает, что они очень плохо отражаются и преломляются. Узнает и многое другое, но считает нужным молча продолжать исследование.

Лишь 28 декабря Рентген говорит своей жене роковые слова о том, что, дескать, можно выпускать черта из бутылки, и передает небольшую рукопись профессору Леману, председателю «Вюрцбургского физико-медицинского общества», для опубликования в трудах этого общества. Тогда же Рентген пишет несколько писем ученым коллегам в разных странах, где сообщает о сделанном открытии и прилагает фотографии, полученные с помощью открытых им лучей. (Обратите внимание на этот факт: одному из писем суждено сыграть в нашей истории важную роль.)

23 января 1896 года на специальном заседании «Вюрцбургского общества» Рентген делает доклад о своем открытии с демонстрацией. Знаменитый анатом Кёлликер позволяет сфотографировать в новых лучах свою руку. Негатив тут же проявляется и оказывается превосходным. Фотография обошла почти все учебники физики, но мало кому известно, что это не просто рентгеновский снимок руки, а «портрет» известного анатома.

Нечего и говорить, доклад имел шумный успех. Кто-то тут же предлагает назвать новые лучи лучами Рентгена, но осторожное и завистливое большинство находит это преждевременным.

Новые лучи нужно как-то окрестить. В алгебре неизвестное чаще всего обозначают буквой «X» (икс). В первой же статье Рентген назвал неизвестные лучи икс-лучами и так и продолжал называть их до самой своей кончины (а умер он 10 февраля 1923 года в возрасте 78 лет).

Рентген продолжает исследования и публикует еще два сообщения об открытых им лучах — в марте 1896 и в мае 1897 года. Эти три работы, быстро ставшие классическими и переведенные на многие языки, многократно переиздавались. Передо мной перевод их на русский язык, изданный под редакцией Абрама Федоровича Иоффе — одного из учеников Рентгена. В книжке небольшого формата все три статьи вместе составляют около 60 страниц…

Открытие Рентгена вызвало исключительный интерес среди ученых. В течение одного лишь 1896 года вышло больше тысячи статей об X-лучах! Стало модным открывать новые лучи. Лучи Гретца… Лучи Блондло… F-лучи… Все они, как и многие другие, оказались результатом ошибок или недоразумений. Поток статей не ослабевает. Но интересно отметить: в течение 12 лет не появляется ничего принципиально нового об X-лучах (которые теперь почти все называют рентгеновыми), чего не было бы в трех небольших статьях самого Рентгена.

20 января 1896 года заседание Парижской академии было особенно многолюдным. Пришли не только те, кому полагалось, но и падкие до сенсаций газетные корреспонденты и просто образованная публика.

Статья Рентгена еще не была опубликована в трудах «Вюрцбургского общества», но слух об открытии новых таинственных лучей распространился с поразительной быстротой, и сообщения о нем уже успели попасть в некоторые газеты. Поэтому известие о том, что на заседании академии ее президент, известный математик Анри Пуанкаре огласит письмо, полученное им лично от профессора Рентгена, привлекло широкое внимание.

Письмо прочли, продемонстрировали фотографии, полученные с помощью X-лучей, началось обсуждение, посыпались вопросы…

Понятно, что разных слушателей интересовали разные вещи. Профессора химии Анри Беккереля, например, больше всего волновал вопрос: из какого именно места катодной трубки выходят X-лучи, где они образуется. (Мы-то с вами помним, конечно, что лучи исходили из светящегося пятнышка на стеклянной стенке, примерно напротив раскаленного катода.)

Интерес профессора Беккереля был не случаен. Он занимался флюоресценцией — свойством некоторых веществ светиться под действием лучей света. Чаще всего свечение бывает зеленоватым, то есть таким же, что и пятнышко на стекле катодной трубки. Конечно, это может быть и случайным совпадением, но вдруг тут кроется новое открытие?

Вероятно, катодные лучи вызывают флюоресценцию стекла, думал Беккерель, а при флюоресценции образуются не только видимые зеленоватые лучи, но и те невидимые, которые открыл немецкий ученый. Но ведь это нетрудно проверить. И особенно легко Беккерелю, он уже несколько лет занимается изучением флюоресценции, и у него в шкафу целая коллекция веществ, которые на солнце сами начинают светиться.

Исследователь не стал откладывать дела в долгий ящик и сразу же приступил к опытам, благо ставить их просто. Беккерель взял фотографическую пластинку и завернул ее в черную бумагу, не пропускающую света. Теперь оставалось только положить на бумагу кусок флюоресцирующего вещества и выставить на солнце.

Какое вещество взять? Немного поколебавшись, Беккерель берет лепешку из уранил-сульфата — вещества, флюоресценция которого особенно интенсивна. Подержав свою нехитрую установку на солнце, ученый удаляется в темную комнату, разворачивает пластинку и кладет в проявитель. И — о чудо! — на пластинке ясно видно пятно такой же формы, как и лепешка из уранила. Выходит, предположение правильно.

Нужно продолжать опыты. Прежде всего повторить уже сделанный, чтобы исключить любые случайности, а потом начать исследовать невидимые лучи, скажем, проверить, через какие вещества они проходят, а через какие — нет.

Но Беккерелю катастрофически не везет. Чтобы вещество флюоресцировало, на него должны падать прямые солнечные лучи. А погода пасмурная. Беккерель заворачивает пластинки в черную бумагу, кладет на них лепешки уранила и ждет тех коротких минут, когда солнце, наконец, покажется из-за туч. Особенно неудачная погода стоит в конце февраля.

Первого марта (этот день вошел в историю!) Беккерель проявляет пластинки. Профессор смотрит на результат. И вдруг — что такое? На одной из пластинок особенно темное пятно, каких до сих пор не бывало. А посреди пятна — светлый крестик. Беккерель смотрит на номер пластинки, сверяет со своими записями, и оказывается, что пластинка вообще не выставлялась на солнце. 26 февраля он положил на завернутую пластинку медный крестик, на него — уранил-сульфат… Но солнце упорно не хотело показываться. Пришлось пластинку убрать в шкаф. И там она (в темноте!) пролежала до первого марта. А проявили ее по ошибке.

Поистине счастливая ошибка! Выходит, чтобы пластинка потемнела, вовсе не нужен солнечный свет. Неужели флюоресцирующее вещество испускает невидимые лучи и в темноте? Беккерель продолжает опыты. Он испытывает не только уранил-сульфат, но и другие вещества. Все правильно: пластинки темнеют и без освещения, но не от всех флюоресцирующих веществ. А от тех, которые не действуют в темноте, ничего не получается и на свету. Значит, флюоресценция тут ни при чем?

Да, ни при чем. Беккерель начал свои опыты, исходя из совершенно неправильных представлений, и это была вторая ошибка. Но две ошибки, взятые вместе, привели к успеху! Так в алгебре минус, умноженный на минус, дает плюс.

Причиной почернения пластинок оказалась не флюоресценция, а уран (название это слишком хорошо известно современному человеку!), входящий в состав уранил-сульфата. Желаемый эффект давали только те флюоресцирующие вещества, в которые входит уран. А самый большой эффект — чистый уран, который вообще не флюоресцирует.

Значит, уран обладает новым, до сих пор неизвестным свойством самопроизвольно испускать невидимые лучи, напоминающие X-лучи, открытые Рентгеном. Это свойство было названо радиоактивностью.

Поистине удивительно, что два столь похожих открытия были сделаны почти одновременно. Действительно, рентгеновы лучи и излучения радиоактивных веществ — близкие родственники.

Итак, быстрые электроны, ударяясь о стеклянные стенки катодной трубки, рождают рентгеновы лучи. Почему? С поведением быстрых заряженных частиц мы уже встречались в опытах Резерфорда. Там частицы либо проходили через лепесток золота, либо отражались от него. Но стекло — такая преграда, которую они пробить не в силах, а отразиться могут. И некоторые электроны действительно отражаются от стекла, так же как бильярдный шар, ударившийся о твердую преграду. Шар с той же скоростью летит назад, то же происходит и с электронами.

Однако бильярдный шар может не только отразиться, но и затормозиться, встретившись с неупругой преградой. И электроны способны (физики так и говорят) «претерпеть неупругое столкновение» и затормозиться. Раз электрон остановился, значит потерял энергию. Но она не исчезает, а передается атому, с которым столкнулся электрон. Однако у атомов свои законы: каждому положен определенный запас энергии, и та, что он получил от быстрого электрона, оказывается лишней. Атом ее выбрасывает в виде лучей, которые по своей природе не отличаются от лучей света или радиоволн: такие же электромагнитные колебания, только энергия их значительно выше, что и обусловливает иные свойства. Ведь свет и радиоволны тоже обладают разными свойствами. Лучи, которые испускают атомы при бомбардировке их быстрыми электронами в катодной трубке, и есть рентгеновы лучи.

Вот, пожалуй, и все самое основное о природе и происхождении рентгеновых лучей. К этому можно добавить только, что современные рентгеновские трубки устроены несколько иначе, чем катодные трубки, с которыми работал Рентген. Степень торможения электронов зависит от атомного веса вещества, о которое они тормозятся. И уже Рентген догадался сделать «мишень» (ее называют антикатод) из металла. В принципе так же устроены и современные рентгеновские трубки. Остальное — технические детали, подчас очень важные, но не принципиальные.

Некоторые установки для получения рентгеновых лучей настолько своеобразны, что их даже не называют рентгеновскими аппаратами. Таков, например, бетатрон — устройство, дающее электроны с энергиями в десятки миллионов электрон-вольт. Для этого электроны разгоняют по спирали с помощью переменного магнитного поля. При торможении возникает рентгеновское излучение очень высокой энергии. Но хотя машина совсем не похожа на рентгеновский аппарат в районной поликлинике, принцип остается тем же: быстрые электроны тормозятся металлической преградой.

Выстрелом из винтовки нетрудно пробить доску. Но если ту же пулю бросить рукой или даже метнуть из рогатки, с доской ничего не произойдет. Это и понятно: рогатка не может дать пуле такой большой энергии, как заряд пороха.

Хотя физическая природа рентгеновых и световых лучей одинакова, первые свободно проходят через преграды, совершенно непрозрачные для вторых. Ведь энергия рентгеновых лучей во много тысяч раз больше энергии лучей света. Именно это свойство рентгеновых лучей и используется для «просвечивания»: в медицине — для рентгенодиагностики, в технике — для дефектоскопии.

Это очень важное свойство, но не оно нас сейчас интересует. Рентгеновы лучи проходят насквозь не на сто процентов. Если бы они все проходили насквозь, то и для просвечивания не годились бы. Никакого рентгеновского изображения не получалось: экран светился бы равномерно, а фотографическая пластинка равномерно темнела. Но воздух поглощает рентгеновы лучи очень слабо, мягкие ткани — сильнее, кости еще сильнее. Потому-то снимок дает и контуры тела, и очертания органов, и изображение скелета.

Действие на вещество может оказать не та часть лучей, что прошла насквозь, а та, которая в нем поглотилась. Значит, нужно посмотреть, что происходит при поглощении рентгеновых лучей веществом.

Любая волна обладает свойствами частицы, а любая частица — свойствами волны. При поглощении рентгеновых лучей веществом удобнее рассматривать их как частицы (кванты). С этой точки зрения рентгеновы лучи — поток частиц энергии (не имеющих массы покоя), несущихся со скоростью света. Большинство этих частиц свободно пронизывает вещество, пролетая мимо атомов. Но немногие (а чем плотнее вещество, тем, естественно, таких частиц больше) поглощаются атомами.

При поглощении квантов атомами происходит процесс, обратный тому, что мы видели в рентгеновской трубке при рождении лучей. Атом получает большую энергию, которая является лишней, и освобождается от нее. Энергия передается электрону, который отрывается от атома и начинает собственное путешествие в недрах вещества. Такой электрон носит название фотоэлектрона.

Описанный процесс характерен для рентгеновых лучей со сравнительно невысокой энергией квантов. Если же энергия больше, электрон уже не способен принять ее всю, и избыток снова излучается в виде кванта с соответственно меньшей энергией, который ведет себя так же, как и его «родитель»: летит сквозь вещество, пока не поглотится каким-нибудь атомом. Такой электрон, несущий не всю энергию, полученную атомом, а только часть ее, называют комптоновским (по имени английского ученого, сотрудника Резерфорда, изучившего этот процесс), или просто комптон-электрон. Фото- и комптон-электроны объединяют под общим названием вторичных электронов. По своему поведению в веществе они ничем не отличаются.

При взаимодействии рентгеновых квантов с веществом идут и некоторые другие процессы. Но они существенного значения для радиобиологии не представляют. Например, при взаимодействии рентгеновых квантов очень высокой энергии с тяжелыми атомами (которых в живом веществе почти нет) наблюдается презанятнейший процесс рождения пар. Его трудно понять: ничего подобного в нашем макромире мы не наблюдаем, но процесс идет в полном соответствии с законами физики — законом сохранения и с законом эквивалентности энергии и массы. Невесомый квант при торможении порождает две частицы, обладающие массой: электрон и позитрон (позитрон — частица во всем подобная электрону, но имеющая не отрицательный, а положительный заряд). Энергия превратилась в вещество.

Рождением вторичных электронов процесс поглощения энергии не заканчивается, так как они несут значительную энергию и движутся внутри вещества.

Их путь гораздо короче, чем у рентгеновских квантов, но богаче происшествиями. Это и естественно, электрон отягощен массой и движется значительно медленнее. Ему гораздо труднее продираться через скопище атомов. Но дело не только в скорости. Электрон в отличие от кванта заряжен, заряжены и частицы вещества, через которые он путешествует. А электрические заряды энергично взаимодействуют друг с другом.

Итак, вторичный электрон проходит через вещество. При этом он взаимодействует с атомами, встречающимися на его пути. Каждому он отдает часть своей энергии, а отдав, начинает двигаться медленнее и несколько изменяет направление полета. Чем меньше энергия электрона, тем чаще взаимодействия. Израсходовав весь излишек энергии, электрон останавливается, соединившись с каким-нибудь атомом.

Что же происходит с атомами, которым вторичный электрон отдал часть энергии?

Если энергия, отданная вторичным электроном атому, невелика, она идет на то, чтобы поднять один из электронов на более высокую орбиту. Чем выше полученная энергия, тем дальше электрон уходит от ядра (на одну из разрешенных орбит!). Такой атом называется возбужденным. Он гораздо легче вступает в химические реакции, чем не возбужденный.

Свойством возбуждать атомы обладают не только электроны, рождающиеся при облучении вещества рентгеновыми лучами, но и ультрафиолетовые лучи и даже (хотя и в гораздо меньшей степени) видимый свет.

Но, отдавая энергию атомам, электроны не только возбуждают их. Часто энергия, переданная атому, настолько велика, и его электрон так далеко уходит от ядра, что вообще теряет с ним связь. Атом, потеряв электрон, становится заряженным положительно. Образуется, как говорят физики, пара ионов: отрицательный (ушедший электрон) и положительный (атом, лишенный электрона). Ионы обладают еще более высокой химической активностью, чем возбужденные атомы. Процесс отрыва электрона от атома носит название ионизации. (Наконец-то! До сих пор мне приходилось довольно трудно, потому что часто было нужно слово, которого я не мог употреблять, не объяснив, а теперь смогу это делать.)

Ни свет, ни ультрафиолетовые лучи, ни инфракрасные, ни радиоволны не способны вызывать ионизацию. Для этого им не хватает энергии. А лучи высоких энергий могут. Поэтому их называют ионизирующими.

Радиобиология как раз и занимается биологическим действием ионизирующих излучений.

Электрон невозможно увидеть под микроскопом. И никогда не удастся как раз потому, что он не имеет цвета. Поскольку диаметр электрона во много раз меньше длины световой волны, его принципиально невозможно обнаружить оптическими методами.

Но хотя электрон нельзя разглядеть и под микроскопом, следы его мы можем отлично видеть невооруженным глазом. Если камеру заполнить перенасыщенным паром, а затем быстро изменить ее объем, она наполнится туманом. Если же перед этим внутри камеры пробегал электрон, мы увидим туманный след. Частицы тумана осели на ионизированных (электрически заряженных) атомах воздуха. Каждая капелька воды вдоль следа (такие следы называют треками) соответствует ионизированному атому. Как следы человека-невидимки из романа Герберта Уэллса выдавала налипшая к ногам грязь, так и следы электрона можно обнаружить по капелькам тумана.

Этот прибор есть в любой лаборатории, занимающейся изучением заряженных частиц. Он называется камерой Вильсона — по имени ученого, который ее изобрел. На фотографиях, полученных с помощью камеры Вильсона, видно, что след электрона в начале его пути состоит из ясно различимых капелек и кажется совершенно прямым. Дальше вдоль трека капельки располагаются все чаще, путь все больше искривляется, а в конце его мы видим плотный «хвост» из совершенно сливающихся частиц тумана.

Все это понятно. Ведь по мере движения электрон теряет энергию и постепенно замедляется, а чем медленнее он движется, тем с большим числом атомов успевает провзаимодействовать.

Рассматривая снимок более внимательно, мы замечаем, что трек электрона не вполне гладкий: то здесь, то там от него отходят коротенькие веточки. Они образовались в тех местах, где отрицательный ион (такой же электрон) получал достаточно большую энергию, чтобы, в свою очередь, произвести несколько ионизаций. Это так называемые дельта-лучи.

Итак, в камере Вильсона следы электрона обнаруживаются благодаря тому, что он производит ионизации, то есть создает электрический заряд. И, нужно заметить, большинство способов обнаружения и измерения ионизирующих частиц так или иначе используют электрические методы.

Правда, электрические методы не единственная возможность. Излучение можно обнаружить и с помощью фотографической пластинки и по свечению флюоресцирующего экрана. Но в обоих случаях ионизация не обязательна. И свечение экрана и почернение пластинки вызывается и с помощью простых возбуждений. Потому-то и существует обычная фотография!

Много важных работ в первую пору исследования ионизирующих излучений выполнено с помощью простейшего прибора — электроскопа, который при желании ничего не стоит изготовить собственными руками. В сосуде на металлическом стержне висят два тоненьких листочка фольги. Если к стержню прикоснуться заряженным предметом, листочки, получив одноименный заряд, разойдутся. Но если на электроскоп направить поток ионизирующих лучей, листочки вновь спадут. Это потому, что лучи ионизируют окружающий воздух.

Гораздо более тонкий прибор — счетная трубка: она регистрирует каждый проход ионизирующей частицы. Благодаря ионизации газа трубка на один миг начинает проводить ток, что и обнаруживается прибором: стрелка передвигается на одно деление или вспыхивает сигнальная лампочка.

Очень часто важно определить дозу радиации, то есть количество энергии, поглощенной веществом во время облучения. Определение дозы особенно важно при изучении биологического действия излучений, при использовании их в медицине и в сельском хозяйстве. Для измерения дозы рентгеновых лучей служит международная единица рентген. Она определяется как доза, создающая в одном кубическом сантиметре воздуха одну единицу электрического заряда.

И совершенно естественно, что наиболее ходовой метод дозиметрии заключается в измерении заряда, создаваемого в воздухе при облучении. Конечно при том же облучении доза, получаемая живой тканью, будет значительно больше: примерно в тысячу раз, так как ткань примерно в тысячу раз плотнее воздуха. Но, зная это, нетрудно, измерив дозу в воздухе, рассчитать, какая энергия будет поглощена в облучаемом веществе.

Такой пересчет не всегда бывает достаточно точным. Но теперь существует много методов дозиметрии. Есть дозиметры, меряющие дозу в веществе той же плотности, что и живая ткань, даже имеющем тот же атомарный состав. Разработаны и методы непосредственного измерения дозы в облучаемом объекте.

Был ли рад Вильгельм Конрад Рентген своему открытию? Трудно сказать. Во всяком случае, к потоку работ об X-лучах, о поисках других невидимых лучей он относился очень скептически. В какой-то мере он был прав. Большинство сообщений о новых лучах оказывалось ошибочным. Поэтому и к радиоактивности Рентген вначале отнесся весьма холодно и осторожно. Однако работа Беккереля открыла в науке целую эпоху.

Радиоактивности повезло. За ее изучение взялись крупнейшие ученые. Сам Беккерель был первоклассным ученым. Но на первых же страницах истории радиоактивности мы встречаем сразу несколько титанов. Пьер Кюри… Чаще всего говорят о «супругах Кюри» и говорят в связи с открытием радия. Но если бы Пьер вообще не занимался радиоактивностью, имя его навсегда сохранилось бы в истории физики. Сенсационность открытия радия заслонила для широкой публики его блестящие работы по магнетизму и другим проблемам. Мария Склодовская-Кюри… Эрнст Резерфорд…

В такой компании радиоактивность очень быстро стала раскрывать свои тайны. Оказалось, что радиоактивен не только уран, но и торий, а также несколько других элементов, ранее неизвестных химикам.

Вскоре Резерфорд в простых и убедительных опытах показал, что излучение, открытое Беккерелем, неоднородно. При помещении в магнитное поле пучок расщеплялся на три части. Одна из них отклонялась к северному полюсу, другая — к южному, на третью магнит не действовал. Так родились три брата рентгеновых лучей: альфа-, бета- и гамма-лучи. Забегая несколько вперед, скажем, что все интересующие нас лучи представляют собой поток быстро летящих частиц, которые могут быть заряженными или нейтральными, иметь или не иметь массу.

Долгое время к четырем упомянутым типам лучей ничего не добавлялось. Только незадолго до войны обнаружили нейтроны. Но послевоенное развитие ядерной физики прорвало плотину. Были открыты десятки элементарных частиц, созданы могучие ускорители, с помощью которых можно ускорить, по крайней мере в принципе, частицы любого вещества.

После того как мы подробно разобрались в происхождении рентгеновых лучей и их взаимодействии с веществом, обо всех остальных ионизирующих лучах остается сказать лишь несколько слов, так как в их свойствах очень много общего.

Начнем с радиоактивности, с альфа-, бета- и гамма-лучей. Все эти лучи образуются при самопроизвольном превращении одних элементов в другие, и местом их рождения является атомное ядро.

Гамма-лучи по своей физической природе абсолютно ничем не отличаются от уже знакомых нам рентгеновых лучей. Разнятся они лишь названием и происхождением: гамма-лучи возникают при ядерных реакциях, а рентгеновы получают искусственно. Раньше иногда еще говорили, что гамма-лучи обладают большей энергией, чем рентгеновы. Но теперь это было бы неверно. С помощью ускорителей можно получать рентгеновы лучи с большей энергией квантов, чем у гамма-лучей, а при некоторых ядерных реакциях возникают гамма-лучи с довольно низкими энергиями.

Лучи с более высокой энергией (жесткие) лучше проникают в вещество, чем с более низкой (мягкие). Соответственно и средняя энергия вторичных электронов и длина их пробега у жестких лучей оказывается выше. Ионизации вдоль треков таких электронов расположены гораздо реже. А для очень мягких лучей весь трек состоит из весьма короткого, но густого «хвоста».

С бета-лучами еще проще, потому что это поток электронов. А как взаимодействуют электроны с веществом, уже говорилось в связи с рентгеновыми лучами. Кстати, и катодные лучи, работа с которыми привела Рентгена к его открытию, не что иное, как поток электронов. При желании их можно называть искусственными бета-лучами (хотя это и не принято). Конечно, и катодные лучи относятся к семейству ионизирующих и по своему действию на вещество ничем не отличаются от бета-лучей или вторичных электронов, образующихся в веществе при облучении рентгеновыми или гамма-лучами.

Альфа-лучи, так же как и бета-лучи, представляют собой поток заряженных частиц. Следовательно, они также производят ионизацию сами, а не с помощью вторичных частиц, как рентгеновы и гамма-лучи. В отличие от бета-частиц заряжены они не отрицательно, а положительно, и масса их примерно в восемь тысяч раз больше. Альфа-частицы — это заряженные ядра гелия — одного из легких элементов, который образуется при радиоактивном распаде. А раз масса альфа-частиц велика, значит движутся они через вещество медленно. Длина пробега их совсем мала, но зато ионизации вдоль трека расположены так часто, что создают почти сплошной столб.

Как видите, с естественными радиоактивными излучениями разобраться не сложно. Но в нашу атомную эпоху создали еще и искусственную радиоактивность, построили установки, где можно получать новые виды лучей, открыли множество элементарных частиц…

Мы не будем сколько-нибудь подробно разбирать свойства всех возможных ионизирующих излучений, не станем их даже перечислять. И не только потому, что механизм их действия на вещество в общем-то одинаков, но и потому, что более или менее широко в радиобиологии применяются лишь немногие из них. Но о чем нам обязательно нужно рассказать, о нейтронах. Своеобразен не только механизм их взаимодействия с веществом, но и их биологическое действие.

Нейтроны — тоже тяжелые частицы, они лишь в четыре раза легче альфа-частиц, но в отличие от альфа- и бета-частиц, не несут никакого электрического заряда. Следовательно, сами по себе нейтроны ионизацию производить не могут. С другой стороны, из-за отсутствия заряда они очень глубоко проникают внутрь вещества. Для них, как для электромагнитных излучений (рентгеновы и гамма-лучи), тоже не имеющих заряда, теоретически нет никаких преград: любой слой любого вещества может только в большей или меньшей степени ослабить их поток.

Нейтроны различаются по энергии. Но если для других излучений энергия определяла лишь количественные различия (большая длина пути, менее густая ионизация), то в случае нейтронов различия в энергии принципиальны.

Если подбирать сравнения из далекого детства, из тех времен, когда главное удовольствие для мальчишки заключается в том, чтобы стрелять, швырять, попадать, то быстрые нейтроны (нейтроны высоких энергий) можно сравнить с камнями, а медленные — со снежками. Если первые бьют по цели, то вторые чаще всего прилипают к ней.

Быстрые нейтроны, проходя через вещество, время от времени сталкиваются с атомными ядрами. Большинство ядер значительно тяжелее нейтронов. В результате столкновения ядро лишь слегка вздрагивает, а нейтрон отскакивает и летит в другом направлении. Но совершенно особый случай — ядро водорода. Масса его почти такая же, как и у нейтрона. Поэтому, если быстрый нейтрон сталкивается с ядром водорода, то для последнего удар оказывается весьма чувствительным. Оно не может удержаться на месте и отлетает на довольно большое расстояние. Впрочем, лучше говорить не «оно», то есть ядро, а «он» — протон, так как ядро водорода состоит из одного-единственного протона.

Такие протоны, выбиваемые быстрыми нейтронами, называют протонами отдачи. Протон — заряженная частица, и вдоль своего пути он создает ионизации. Густота ионизаций оказывается хотя и не такой большой, как у альфа-частиц, но гораздо более высокой, чем у всех остальных излучений, с которыми мы успели познакомиться.

Медленные нейтроны, которые я попробовал сравнить со снежками, во время своего путешествия в недрах вещества захватываются атомными ядрами, как бы прилипают к ним. В результате, как правило, образуются неустойчивые ядра, что приводит к ядерным реакциям, сопровождаемым излучением. Реакции идут разные, поэтому и излучение оказывается смешанным.