Плутоний-239 является чрезвычайно опасным канцергеном, который может быть также использован при производстве ядерного оружия. Такое сочетание свойств превращает плутоний в одно из наиболее опасных веществ. Плутоний-239, крайне редко встречающийся в природе, в течение последних 50 лет был искусственно произведен в больших количествах в результате реализации гражданских и военных программ.

Имеются и другие радиоактивные канцерогены как, например, радий-226, но их либо нельзя использовать для производства ядерного оружия, либо они не встречаются в достаточных количествах. Для создания ядерных боеприпасов можно также использовать высокообогащенный уран (ВОУ), но он примерно в тысячу раз менее радиоактивен по сравнению с плутонием-239. Опасность, которую представляет плутоний-239, усугубляется тем обстоятельством, что его крайне сложно обнаружить за пределами хорошо оборудованных и безопасных объектов, либо в организме человека. Это вызвано тем, что наиболее эффективный способ обнаружения радионуклидов путем облучения гамма-лучами, представляется весьма слабым.

Канцерогенные свойства плутония-239 определяются, главным образом, интенсивным излучением альфа-радиации. Тяжелые альфа-частицы передают свою энергию другим атомам и молекулам путем столкновений, которые происходят значительно реже по сравнению с более легкими электронами, представляющими собой основное средство радиационного поражения при гамма- и бате-излучении ¹. Альфа-частицы перемещаются на небольшом пространстве между клетками организма, периодически сталкиваясь с ними. Это приводит к значительно более существенному биологическому ущербу по отношению к единице энергии клетки.

Относительная биологическая эффективность различных видов радиации по нанесению ущерба биологическим организмам носит название "относительная биологическая эффективность" (ОБЭ). Она варьируется в зависимости от типа радиации, ее энергетики, а также органа, подвергаемого облучению. Качественный фактор является наиболее простым показателем измерения опасности, представляемой альфа-, бета-, гамма- и нейтронным облучением относительно друг друга, применяемого в целях рекомендаций в области радиационной безопасности. В настоящее время Международная комиссия по радиационной защите рекомендует качественный фактор равный 20 для альфа-радиации по сравнению с гамма-радиацией ².

При попадании в организм плутоний-239, как правило, оседает в мягких тканях, особенно, в печени, а также на поверхности костных тканей, в костном мозгу и других не содержащих кальций и картилаж костных тканях. Его концентрация в костном мозгу приводит к особо опасным последствиям при происходящем там генерировании крови. Напротив, другое излучающее альфа-частицы вещество, радий-226, химически сопряжен с кальцием и оседает в кальций-содержащих костных тканях.

При нахождении вне организма плутоний-239 менее опасен по сравнению с источниками гамма-радиации. Поскольку альфа-частицы способны передавать свою энергию лишь на короткие расстояния, помещенный вблизи биологического организма плутоний-239 передает практически всю энергию мертвым верхним слоям кожи, где он не способен принести биологического ущерба.

Образующиеся в результате распада плутония-239 гамма-лучи проникают в организм, но они достаточно слабее, Поэтому получение существенных доз облучения гамма-радиацией возможно лишь при наличии значительных количеств этого элемента. Следовательно, плутоний-239 подлежит транспортировке при наличии минимальной защиты и не представляет серьезной прямой радиологической опасности. Наиболее серьезную опасность представляет попадание плутония-239 внутрь организма путем через дыхательные пути, особенно если он присутствует в наиболее распространенной оксидной форме. Другая опасность вязана с попаданием плутония-239 в кровь через раны и порезы. По сравнению с проникновением в дыхательные пути риск его попадания в кровь через пищеварительный тракт, как правило, гораздо ниже, поскольку плутоний не способен легко проникать в кровь через кишечник и его большая часть выводится из организма естественным путем.

Характер ущерба, наносимого плутонием-239, а также вероятность такого ущерба зависят от способа попадания плутония в организм, химической формы плутония и размера его частиц. наиболее распространенный способ попадания плутония в организм человека, непосредственно не работающего с плутонием, - через дыхательные пути и пищеварительный тракт. В последнем случае плутоний попадает в организм посредством зараженных частичек почвы или еды. Проникновение в организм через порезы, в основном, представляет опасность для персонала, занятого на предприятиях, связанных с обращением плутония, а также (в прошлом) для участников наземных ядерных испытаний.

По сравнению с тем же количеством плутония, размельченного на небольшие частицы, более крупные частицы плутония наносят, обычно, меньший биологический ущерб и несут меньший риск заболеваний. При вдыхании крупные частицы могут осесть на волосяном покрове носовой полости, что препятствует их попаданию в легкие. Небольшие частицы достигают бронхиальных труб и легких, где они и оседают, поражая окружающие ткани.

На единицу радиоактивности другие изотопы плутония, излучающие альфа-радиацию, имеют аналогичные с плутонием-239 медицинские последствия. Однако на единицу веса степень поражения зависит от изотопа. Например, на единицу веса плутоний-238 в 270 более радиоактивен, чем плутоний-239.

Экспериментальные данные

Медицинские последствия обращения с плутонием исследовались, главным образом, посредством лабораторных экспериментов над животными. Частично имеющаяся база данных основана на исследованиях в отношении пораженных плутонием персонала и жителей местностей, прилегающих к плутониевым объектам. Измерения количества плутония, осевшего в легких и в организме человека в целом, наряду с последующим наблюдением за здоровьем пораженных лиц обеспечили информацию, дополняющую экспериментальные данные. Кроме того, эксперименты по введению плутония в организм человека проводились в Соединенных Штатах в 1945-47 гг. В тот период в раках эксперимента по изучению воздействия плутония на метаболизм человека подверглось искусственному заражению 18 человек. Согласие испытуемых было получено без предоставления им полной информации, и после рассекречивания эксперимента в 1993 г. он подвергся широкой критике.

Эксперименты на животных показали, что даже небольшое количество плутония в нерастворимой форме приводит в образованию рака легких с вероятностью около ста процентов. Методом экстраполяции было рассчитано, что для образования рака легких с летальным исходом достаточно 27 микрограммов плутония, попавших в легкие. Разумеется, подобная экстраполяция на основе экспериментов с животными, связана с некоторыми неопределенностями. Тем не менее, можно предположить, что несколько десятков микрограммов плутония-239, осевших в легких, в огромной степени увеличивает риск заболевания раком легких. Большие количества плутония также способны вызвать другие заболевания в течение небольшого срока после поражения.

Поражающие факторы небольших количеств плутония пока точно неизвестны. Это объясняется рядом факторов:

• трудностью измерения попавшего в организм количества плутония;

• значительные индивидуальные различия в функциях человеческого организма и скорости их протекания (что в каждом конкретном случае приводит к различной степени поражения при заражении одинаковым количеством плутония);

• наличие других осложняющих наблюдение факторов, например, курение;

• отсутствие точных данных (например, о точном времени попадания плутония в организм);

• различная и неизвестная степень поражения организма другими канцерогенами (как радиоактивными, так и нерадиоактивными) в течение длительного периода наблюдения;

• отсутствие полномасштабного наблюдения и анализа за здоровьем персонала промышленности по производству ядерного оружия.

Количество плутония, осевшего в организме наблюдаемых, оценивалось в интервале от "110 Bq (3nCi)... до 6960 Bq (188nCi)" ⁴, что соответствовало в весовом выражении от 0,043 до 3 микрограммов плутония. Однако слабая сторона исследования заключается в наличии значительных неопределенностей относительно количества и растворимости плутония, попавших в организм в момент заражения ⁵.

Среди семи смертных случаев, зарегистрированных в 1990 г., один произошел в результате рака костных тканей (костной саркомы) ⁶. Среди людей рак костей весьма редок. Естественная вероятность такого заболевания при наблюдении 26 человек в течение 40-летнего периода составляет один к ста. Таким образом, вероятность появления данного заболевания у человека, подвергнувшегося заражению плутонием (в количествах, ниже действующих норм безопасности), весьма значительна ⁷.

В других странах, прежде всего, в России, также имеются данные по последствиям заражения плутонием. Они все еще находятся в стадии изучения. В настоящее время начато осуществления совместного российско-американского проекта в рамках Объединенного координационного комитета по исследованиям радиационных эффектов. Предполагается исследовать медицинские последствия для здоровья персонала предприятия "Маяк", а также жителей окружающих местностей.