Наука и техника за младежта

ОБЛЪЧВАНЕ НА ЧОВЕКА ОТ ЕСТЕСТВЕНАТА РАДИОАКТИВНОСТ

Иван Узунов
Физически факултет на СУ "Св. Климент Охридски"
Вера Михайлова
Институт за ядрени изследвания и ядрена енергетика при БАН


ИСТОРИЯ НА УСТАНОВЯВАНЕТО НА ВРЕДНОТО ДЕЙСТВИЕ НА ЕСТЕСТВЕНАТА РАДИОАКТИВНОСТ
Първи писмени документи

Радиоактивността и йонизиращите лъчения са част от света, в който живеем,и те го съпътствуват оттогава, откогато той съществува. Нашата планета плува в едно море от йонизиращи лъчения и както тя така и нейната атмосфера съдържат много и различни естествени радиоактивни вещества. Всичко - земята, въздухът, водата, растенията и животните съдържат радиоактивни вещества в различна степен. Сега количеството на някои от естествените радиоактивни нуклиди се е увеличило в резултат на преразпределение от дейността на човека.

Любопитно е да се знае, че първият писмен документ за вредното действие на естествената радиоактивност предшествува нейното откриване с повече от три века. Това е фундаменталният труд на Агрикола "Де Ре Металика" рецензиран от Еразъм Ротердамски и отпечатан през 1556 г. Агрикола, чието истинско име е Георгиус Бауер, е от Саксония и е известен главно с дейността си в средновековния рудодобив и металургия. Може би това че е завършил медицина в Италия, когато се сблъсква с трагедията на миньорите от рудниците в Шнееберг и Яхимов, той се опитва да разбере причината за тъй наречената тогава "руднична болест" , от която са умирали миньорите от тези рудници в твърде ранна възраст. В тези рудници най-напред се е добивало сребро, след това никел, кобалт и арсен, а по-късно производството замира (поради големите количества сребро заграбени от ацтеките и инките) за да се възобнови през 1840 г.,когато от тях започва да се добива уран използван за получаване на зелено и жълто флуоресциращи стъкла и глазури. Някои миньорски жени са се омъжвали по седем пъти, тъй като мъжете им са умирали един след друг покосени от "рудничната болест", за която сега знаем че е белодробен рак, а някои миньорски семейства са търсили спасение като са бягали далече от това злокобно място, така че някои от тях са стигнали чак до България (и са работили напр.в Бургаски медни мини).

В шестия том на споменатия фундаментален труд Агрикола описва подробно симптомите на "рудничната болест" и бъбречните заболявания и предлага защитни мерки, като например необходимостта от използването на респираторни маски. (Маските са били правени от много тънък воал изтакан от миньрските жени).

Агрикола може да се смята и за пионер в областта на опазването на околната среда, защото той обсъжда вредата спрямо ползата при рудодобива изтъквайки че съсипания ландшафт не дава възможност за нормално развитие на земеделието и скотовъдството.

След като на 8 декември 1895 г. Рьонтген открива неизвестни дотогава лъчи, той изпраща първите снимки и резултатите на Поанкаре в Париж, който на 23 януари 1896 г. свиква специално заседание на Френската академия на науките. След това заседание Анри Бекерел, който притежавал от баща си и дядо си, също физици, флуоресциращи вещества, както знаете, провежда систематични изследвания с уранови соли. Той установява, че когато върху завитите в черна хартия фотоплаки се постави такава сол, те почерняват, което говори за наличието на проникващо лъчение. Първия резултат с калиево-уранил сулфат А.Бекерел публикува на 24 февруари 1896 г., а през март същата година той разбира, че предварителното осветяване на тези фосфоресциращи вещества със слънчева светлина не е необходимо условие за генерирането на това проникващо лъчение. За това свое откритие А. Бекерел получава Нобеловата награда по физика през 1903 година.

Уранът и странното му излъчване възбуждат любопитството на много изследователи между които са и Пиер и Мария Кюри ,които започват своите изследвания през 1897 г. През следващата година те откриват нов химически елемент който наричат полоний и за пръв път въвеждат термина "радиоактивен".

В края на 1898 г. те успяват да идентифицират друг радиоелемент който наричат радий. За да могат да определят атомната му маса Мария Кюри преработва огромни количества руда от Яхимов и успява да получи 100 mg (3,7x107 Вq) чист радиев хлорид. За откритието на радия семейство Кюри получава Нобеловата награда по физика през 1902 година. През 1911 г. Мария Кюри става носител и на Нобеловата награда по химия (но не успява да стане член на Френската академия на науките, защото е жена) .

Най-ранното сведение за физиологичното действие на радия е от мюнхенския учен Балкхоф, който в 1890 г. не в научно списание ,а в една публикация до градския клуб на аматьорите-фотографи, е описал как е получил от аптекаря Гизел 200 mg (7,4x107 Bq) радий, който той поставил в целулоидна капсула и облъчил ръката си в два сеанса от по 20 мин. След две седмици се е развило възпаление на кожата , което той описва че е аналогично на това получавано от рентгенови лъчи. Самият Гизел повторя експеримента и неговият доклад привлича вниманието на съпрузите Кюри. Мария Кюри Вече имала такова изгаряне и през април 1901 г. Бекерел им съобщава, че 10 дни след като е носил в продължение на 6 часа в джоба на сакото си няколко десетки милиграма радиоактивен материал, на кожата му се е появило едно червено петно, като след това кожата се е обелила и се е получила открита рана, която не е зарастнала 29 дни. Мария Кюри отбелязва,че "...той дойде да ни каже за този дяволски ефект на радия изразявайки едновременно възхищение и досада".

(следва)

Пиер изследвал действието на радия върху животни в сътрудничество с двама медици - Бушар и Балтазар и заключил, че това лечение може да унищожава болни клетки и в частност някои форми на рак. Това е и началото на т. нар. кюритерапията. Тези изследвания на полезното и особено на вредното действие на лъчението на радия довеждат до съвместната публикация на Бекерел и Кюри "Физиологично действие на лъчите на радия" в 1901 г., която предизвикала голям шум във Френската академия на науките,тъй като авторите са физици, а не физиолози.

Наред с голямата полза от кюритерапията при лечението на злокачествени заболявания, по който въпрос ние няма да се спираме (тъй като задачата на настоящия доклад е за вредното действие на естествената радиоактивност върху човека), ще отбележим ,че еуфорията, възникнала по това време около приложението на радия и другите естествени радиоактивни елементи, довежда до сериозни вредни последици. Така например, добре известна е трагедията в един завод в Ню-Джърси. Там работничките, предимно млади момичета, имали лошия навик да заострят с устни върховете на четниците, с които нанасяли върху циферблати на бордови уреди за самолети фосфорисциращи бои, съдържащи радий. Директорът на завода, който бил физик, пръв осъзнал опасността от такава практика. Той знаел, че самият той е погълнал значителни количества радий и се е сетил, че погълнатият радий може да бъде детектиран по издишвания радон, който се получава при разпадането на радия. Ето защо една вечер той дъхнал срещу флуоресциращ екран и когато екранът започнал макар и слабо да фосфоресцира,той разбрал че последиците за тези момичета, както и за него самия, могат да се окажат трагични. Фиксиращият се в костите радий (който е химически аналог на калция) предизвиква тумори главно на бедрените кости, а издишвания радон - карциноми на синусите. Случаите на смърт или ампутации всред момичетата от този завод инициират систематичното изучаване на метаболизма на радия в човешкия организъм. Създава се специална лаборатория в Масачузетския технологичски институт под ръководството на Робли Евънс. (Сега тази лаборатория. е в Брукхевън). Робли Евънс отправя апел към всички страни с молба хората, които са работили с радий и се предполага че са инкорпорирали значителни количества от него, да отидат за изследване в тази лаборатория преживе и да й завещаят телата си след смъртта си. До голяма степен благодарение на това "стана възможно определянето на първата норма за максимално-допустимо съдържание на радий у човека (0,1 микрокюри = 3700 Вq). Тя става и основа на нормиране съдържанието на всички други радиоактивни нуклиди в човешкото тяло.

В Европа този проблем се разработва от Борис Раевски и неговите ученици. (Любопитно е да се знае, че преди да замине в Германия през 20-те години, той е бил учител по физика в Пловдив. Също е интересно, че през 50-те години той изследва "горещите частици",получени при опитите с ядрено оръжие).

Въпреки предупрежденията в научната литература, еуфорията за която споменахме продължава. Възторзите на хората около откриването и безспорните успехи, на кюритерапията създават почва за оформянето на представата за едва ли не магическите лечебни свойства на радия. Това пък от своя страна разчиства пътя на голям брой шарлатани, които започват плодоносен бизнес, предлагайки на лековерната публика различни лекарства. Едно от първите такива е "Радол", създадено и патентовано от един мошеник, който работи под фалшивото име д-р Ръперт Уелс и което се е препоръчвало против всички форми на рак. Това псевдолекарство за вътрешно приемане за щастие всъщност не е съдържало радий, а е било смес от хининов разтвор и алкохол.

За съжаление обаче, не всички патентовани лекарства от този тип са били с толкова безвреден състав. Лекарството "Радитор" например се е предлагало в шишета от по една унция и се е препоръчвало при лекуването на ни повече ни по-малко от 160 различни болести. На неговото използване се дължи смъртта на много хора между които известния индустриалец Е. Биърс от Пиитсбург, Пенсилвания, който умира през 1932 г. в резултат на инкорпорирания радий. Той имал навика да изпива по няколко бутилки дневно от това лекарство и когато починал съдържанието на Rа226 в тялото му е било оценено на около 36 микрокюри (1,3 МВq).

Радият и други естествени радиоактивни материали се появяват на пазара в състава на различни лечебни и козметични средства от типа на колани, като кремове и помади, течности за укрепване на косата, за изплакванe на устната кухина, пасти за зъби и даже бонбони. Радиоактивните колани са били доста популярни и са били изработвани така, че активната им част да покрива тялото най-близо до болния орган.

Десетилетия след откриването му радият продължава да привлича и хипнотизира американската и европейска публики. Известната американка "серпантиновата лейди", както са наричали балерината Е. Фулър, създава поредица от танци в които използва ефекта на флуоресциращи соли, активирани с отпадъци от пехбленда. Радий се е използвал и в Бродуей при постановките на мюзикълите "Пиф, паф, пуф" и "Радиевите терористи".

Всред рационализаторските предложения за възможното приложение на радия има твърде, въпреки че те са направени напълно сериозно. Например един собственик на птицеферма предлага към храната на пилетата да се добавя радий, като се очаква че това ще има инкубационен ефект т. е. яйцата ще се снасят с готово излюпени пилета, а при подходящи условия и коагулационен ефект т.е. кокошките ще снасят "сварени" яйца.

(следва)

Макар че към края на 30-те години тази еуфория попрестава, в 1957 г. в ФРГ са инжектирани с Rа224 (период на полуразпадане 3,64 дни) 2000 деца болни от костно-ставна туберкулоза, като до този момент от тях са починали 70. Това показва, че лекомислието на 20-те и 30-те години по отношение на радия не е било изживяно. Като имаме предвид и замърсяванията в гара Яна и землището на Долни-Богров у нас, за което ще стане дума по-долу, виждаме, че и до ден днешен широката общественост пък и отговорни органи и много специалисти все още не са наясно с вредното действие на радия.

Тази информация за лекомисленото използване на радия, довело до вредни последици върху голям брой хора, е накарало Б. Раевски и учениците му да търсят обяснение за смъртността на миньорите от Шнееберг в инхалирането на радия, съдържащ се в урановите руди. Те изследват за съдържание на радий бели дробове на починали миньори, но концентрацията на радия в тях се е оказала не по-висока от тази в белите дробове на миньори от други рудници, всред които не е било установено повишена честота на рак на белите дробове.

В 1924 г. в "Цайтшрифт фюр Физик" Ашдевик и Лорензер първи убедително показват, че причината за "рудничната болест" е радонът, но в публикацията си те изразяват известно съмнение и очудване, че приблизително същите концентрации на радон, които според тях в рудниците са причината за голямата смъртност от белодробен рак, в намиращите се наблизо минерални бани в Обершелма се използват за лечебни процедури.

От другата страна на Шнееберг - в Яхимов, Чехословакия, друг виден учен в областта на естествената радиоактивност Бехунек, който е известен от експедицията на Нобеле с измерването си на радон на северния полюс, организира първия интердисциплинарен тим за изследване на причините за смъртността на миньорите в Яхимовските рудници и предлага първите лъчезащитни мерки за намаляване инхалирането на радон. Тази интердисциплинарна изследователска група, съставена от физици, рентгенолози, пулмолози и патолози, е била финансирана до голяма степен с лични средства на президента Масарик. Наред с изследвания на здравословното състояние и причините за смъртта на миньорите този тим е внедрил различни лъчезащитни мероприятия като напр. обръщане на вентилацията, каптиране на рудничните води, херметизиране на изоставени галерии и др. в резултат на което концентрацията на радона от средно 5000 рСu/L (185 Вq/L) е била намалена на около 300 рСu/L (11 Вq/L).

Ако тази дейност на Бехунек от 30-те години беше достатъчно известна, нямаше да се повтори трагедията на Шнееберг в рудниците на САЩ, Яхимов и у нас. За съжаление, поради секретността както в Яхимов, така и у нас, опитът на Бехунек не беше приложен и преоблъчването на миньорите в първите години на уранодобива след Втората световна война доведе до значителна смъртност. Друга причина за да не бъдат взети съответни мерки за рязко намаление на радона в нашите рудници беше становището, застъпено от някои съветски автори, които тогава отричаха радоновата етиология на "рудничната болест". Един от нас (И. У.) през 1956 г. въз основа на данните от Шнееберг и Яхимов и измерванията у нас предвиди, че от контингента миньори от нашите уранови рудници след съответния латентен период (още в Шнееберг той беше определен средно на 17 години) ще починат от белодробен рак около 70 души. (До този момент регистрираните случаи са 80). Като се има предвид, че сегашната норма за инхалиране на радон (в равновесие с късоживеещи продукти) е 30 рСu /L (1.1 Вq/L) при което очакваната смъртност от белодробен рак е 3,6% се вижда, че в редица случаи установените норми не осигуряват "безопасност". Поради това термина "радиационна защита" е по-правилен от "радиационна безопасност". Средното ниво на радона и дъщерните му продукти в нашите уранови рудници в края на 60-те и началото на 70-те години надхвърляше около 30 пъти посочената норма, а максималните стойности бяха 60 - 70 пъти по-високи. Затова прогнозираната смъртност лесно се обяснява, ако се вземе под внимание и текучеството всред миньорите.

В резултат на включването на нови вентилационни мощности и редица подобрения в рудниците, след този период средното ниво беше намалено значително, но на редица работни места облъчването остана 5-8 пъти по-високо от нормите. Т. е. за разлика от АЕЦ, в урановите рудници не съществува вероятност от внезапно аварийно облъчване, но за сметка на това е на лице непрекъснато преоблъчване в течение на целия трудов стаж, поради което и сега урановите миньори са онази група от лица в атомната промишленост, които са изложени на най-голям риск. Както ви е известно, и в полиметалните рудници концентрацията на радона и дъщерните му продукти понякога може да бъде висока и като се има предвид че над 60% от всички лица работещи в сферата на йонизиращите лъчения у нас са миньори, се вижда, че и сега съществуват сложни радиационно-защитни проблеми за решаване.

(следва)

У нас добиването на уранови руди започва непосредствено след края на втората световна война от първите рудници край Бухово. (Още преди войната немската фирма "Дойче Бисмут" проучва това находище). В началото, най-богатите руди са били изпращани директно в СССР през гара Яна. През 1947 г. се построява малка обогатителна инсталация край Бухово, която прераства в хидрометалургичен завод. До 1966 г. , когато се пуска втория такъв завод в Елешница, цялото количество уранова руда добивана в България се преработва в Буховския завод, като полученият уранов концентрат се изпраща за по-нататъшно преработване в СССР, а отпадъците от производството - пясъци, шлам и води, съдържащи дъщерните продукти на урана, между които особено опасния радий-226, до 1958 г. са се стичали направо в манастирското дере под завода. Те са се утаявали в по-ниските части на терена между завода и р. Яна и руслата на реките Буховщица и Янещица до р. Лесновска. При силни валежи, пороите са размивали и пренасяли части от радиоактивните утайки върху най-ниско разположените дворни места на с. Яна и върху немалки части от землищата както на с. Яна така и на селата Долни и Горни Богров, от двете страни на шосето за гр. Елин-Пелин и в нивите между р. Лесновска и шосето София - Ботевград.

Имено тези замърсявания с радий-226 (а също и неговите по-късоживеещи дъщерни продукти - полоний ,бисмут и олово) бяха открити от покойната проф. Е. Карамихайлова в средата на 50-те години. За кратко време тя и сътрудниците й, заедно с авторите на настоящия доклад, през 60-те години извършват локализация на замърсените участъци в землищата на посочените села, при което са регистрирани в отделни петна мощности на експозицията до 1000 милирентгена/час * ). Оценявайки сериозната радиационна опасност за населението, в доклад до Директора на Физическия институт при БАН акад. Г. Наджаков и Министъра на Народното здраве д-р П. Коларов, през 1957 г. проф. Е. Карамихайлова и Ив. Узунов предлагат първите лъчезащитни мероприятия. В резултат на това се построява хвостохранилище, започва се корекция на р. Янещица и изграждане на промишлен канал от хвостохранилището до р. Лесновска и се залесяват някои площи в с. Яна. Поради замирането на работата по осъществяването на останалите лъчезащитни мероприятия единият от нас (И. У.) успява да доведе в тези райони и да запознае с обстановката тогавашния председател на БАН акад. Л. Кръстанов. С неговата намеса пред Правителството започва вторият етап по реализирането на лъчезащитните мерки. Отчуждени бяха 1183 декара най-замърсени площи, но от тях са оградени и залесени само около 280 декара. Впоследствие и тези огради биват съборени и сега само на отделни места личи къде са били, а част от замърсените земи продължават да се ползват от населението. Така например, веднъж установихме, че на един от най-замърсените участъци беше засаден разсад от зеле, а много често сме наблюдавали овце да пасат на най-замърсените петна. Предложението да се събира и смесва млекото, както и зеленчуците и зърнените храни от замърсените участъци, с такива от чисти места, не се прави изобщо. Насочено медицинско изследване на населението даже не беше и планирано. От 1985 г. , с обнародването на Закона за използването на атомната енергия за мирни цели, беше създадена Инспекция към Комитета за използване на атомната енергия за мирни цели със същото название, която обаче и досега няма апаратура и не е направила нито една проверка в този район.

От момента, когато проф. Е. Карамихайлова открива това замърсяване досега са изминали 35 години, през които са извършени хиляди анализи и полеви измервания в този район, повече отколкото в много напреднали страни. Голяма част от тях са направени от дозиметричната служба на СО "Редки метали", но секретността, тесноведомствените интереси и най-вече лошата организация на лъчезащитата в страната бяха причините да не се доведе започнатото до успешен край. Поради това в края на 1990 г. от м-во на околната среда беше организирано работно съвещание, с цел да се намери окончателно решение на проблемите свързани със замърсяването на тази район.

През 1970 г. един от нас (И. У.) по време на измерване в рудниците на Бургаски медни мини откри второто у нас замърсяване с радий. Съдържащите се в медните руди уран и радий при обработката на рудите се изхвърляли в хвостохранилището, като след запълването му по тръбопровод хвостът се е изливал в района на плажната ивица на залива Вромос. Причиненото по този начин замърсяване, макар близо до тръбопровода да достигаше по мощност на експозиция до около 900 микрорентгена/час, беше значително по-малко по мащаб от това на гара Яна и Богров и все пак беше в една ненаселена месност. (Плажната ивица се е посещавала епизодично от курортисти). В резултат на дейността на сътрудниците от Лабораторията по дозиметрия и лъчезащита при Физическия факултет на СУ "Св. Кл. Охридски" , които подробно изследваха района ,Комитетът за опазване на околната среда предизвика построяване на ново хвостохранилище, като се преустанови изливането на съдържащия естествени радионуклиди хвост върху плажната ивица. Голяма част от замърсения пясък постепенно беше отнесен от вълните в морето.
,
Описаните до тук вреди, дължащи се на естествените радионуклиди, засягат сравнително ограничени групи от населението. Но естествените радионуклиди, чието вредно действие засяга цялото население са радонът и неговите късоживеещи дъщерни продукти. Над 90% от фоновото облъчване на човека се дължи на тези нуклиди, които се съдържат във въздуха на жилищата. Те се намират и в минералните води и някои други водоизточници и само използването на йонизиращите лъчения в медицината за диагностика създават доза от същия порядък. (Поради липсата на рьонтгенови филми сега това облъчване у нас съществено надвишава фоновото.)

(следва)

Типичните стойности на концентрациите на дъщерните продукти на радона във въздуха на жилищата - няколко десетки бекерела на куб. метър - (понеже са алфа-лъчители) са еквивалентни на това което бихме инхалирали от няколко Чернобила годишно. Систематични измервания на радон в жилищата бяха започнати най-напред в Швеция от Хултквист през 50-те години, а след това и в много други страни включително и Унгария. (Във връзка с това един от нас (И. У.) оцени,че значителна част от рака на белия дроб всред населението се дължи на комбинираното действие на късоживеещите дъщерни продукти на радона и на нелъчевите замърсители на въздуха).

В началото на 70-те години в САЩ бяха намерени къщи с концентрации на радон във въздуха достигащи стотици и даже хиряди бекерела на куб. метър, при които риска на белодробния рак може да достигне стойности, които съществено надвишават всички останали екологични рискове, взети заедно. Затова бяха започнати всеобхватни систематични измервания, които показаха, че средната концентрация на радона във въздуха в жилищата е около 50 бекерела на куб. метър въздух, но в около 1 милион къщи тази концентрация е 5 - 10 пъти по-висока, а в 100 хиляди къщи - над 10 пъти, което съответствува на сегашната концентрация на този радионуклид във въздуха на урановите рудници. В 1974 г. даже е била открита една къща в Пенсилвания с концентрация на радона във въздуха 1010 Вq/m3. Макар че още в 80-те години Ив. Узунов и Ф. Щаинхойзер предлагат на Световната здравна организация и Международната агенция за атомна енергия организирането на международна програма за стандартизирани измервания, както и епидемиологични проучвания за разпределението на честотата на рака на белия дроб в зависимост от концентрацията на радона и дъщерните му продукти в минерални бани и жилища, такава програма се организира едва през тази година от МАГАТЕ в която естествено участвуваме и ние. Във връзка с това следва да припомним,че от Лабораторията по дозиметрия и лъчезащита при Физическия факултет на Софийския университет бяха проведени изследвания, които дадоха възможност за изясняване на споменатото вече противоречие между "лечебното" използване на радон и индуцирането на белодробен рак при неговото инхалиране. Прогнозирана беше и смъртността сред персонала от "лечебната галерия Бад-Гащайн, Австрия.

Може да се каже, че проблемите на вредното действие на естествената радиоактивност и у нас са много и разнообразни и предстои осъществяването на радиационно-защитни мероприятия от относително голям мащаб, изискващи участието на много специалисти и изразходването на значителни средства. Наред с основния проблем за намаляване на смъртността всред урановите миньори е необходимо изясняването и на въпроса дали у нас, подобно на САЩ, има жилища със свръхвисоки концентрации на радон, кои водоизточници за питейна вода неизмерени досега представляват опасност, как най-икономично и по най-безопасен начин да се реши окончателно проблемът със замърсяването около гара Яна, Долни-Богров и Елешница и кой ще конструира и произведе нужния брой измерителни средства, тъй като е ясно че вносът на такива е практически невъзможен. Необходимо е също така да се реши въпросът с радоновите минерални бани, като например Детския санаториум от Момин-проход да се премести в Сапарева баня и се забрани балнеолечението и инхалациите с радон за деца, използването на радонови води за пиене , битови нужди и пр. Болните и курортистите, ползващи радоновите минерални бани, трябва да бъдат информирани за риска спрямо ползата при различните процедури и особено при инхалациите и постепенно да се построят и внедрят съоръжения за дееманиране на минералните води.

Като се има предвид, че много от естествените радионуклиди са алфа-лъчители и че още през 20-те години Тимофеев-Ресовски установи, че при алфа-лъчението няма възстановяване на нанесените поражения (а сега знаем, че причината за това е късането на двата щранга на ДНК, изследванията и радиационно-защитните мерки за ограничаване на инкорпорирането на естествени радиоактивни нуклиди си остава най-важната област на радиоекологията.

Край