nuxpert (nuxpert) wrote,
nuxpert
nuxpert

Categories:

Смерть Литвиненко и полоний: экспертная оценка

23 ноября 2006 года в лондонской больнице скончался Александр Литвиненко. По заключению медиков, смерть произошла в результате радиационного отравления полонием-210, поступившим в его организм, по-видимому, через пищеварительный тракт в начале ноября или конце октября (как наиболее вероятная дата, называется 1 ноября, когда он ощутил недомогание). В связи с этим событием различные средства массовой информации, особенно западные, предъявляют обвинения правительству России в ликвидации неугодного ему лица, причем общеопасным способом. Аргументация в основном основывается на (как мы покажем далее) неверной посылке: использованный для отравления полоний-210 является веществом, практически доступным лишь ядерной державе и, уж разумеется, не частному лицу. Поскольку мотивы для устранения Литвиненко имелись лишь у одного из пары десятков государств, обладающих развитыми ядерными технологиями, обвиняемый определяется немедленно и однозначно: Путин. Однако даже поверхностный анализ опубликованных данных показывает, что такого рода выводы более чем преждевременны.

Вначале оценим, какое количество полония-210 минимально необходимо для гибели отравленного им человека в течение нескольких недель. Наша оценка базируется на общедоступных данных. Мы не стремимся к высокой точности и пренебрегаем коэффициентами порядка единицы.

Минимальная абсолютно смертельная эквивалентная доза для человека при однократном облучении равна 600 бэр (биологических эквивалентов рентгена) на все тело – эта доза приводит к 100% летальности в течение 14 дней [1]. Допустим, что Литвиненко получил 600 бэр в течение недели путем внутреннего облучения альфа-частицами от инкорпорированного полония-210. Период полураспада этого радионуклида равен 138,4 дня (распадается в стабильный свинец-206), энергия альфа-частиц – 5.3 МэВ. Альфа-частицы с такой энергией имеют пробег в воздухе 3.5 см, в биологических мягких тканях около 40 мкм. В результате опасным является лишь внутреннее облучение организма (вся выделяющаяся энергия поглощается практически в точке распада), в то время как при внешнем облучении альфа-частицы поглощаются омертвевшим слоем эпидермиса и не опасны. Полоний может проникать в организм через органы пищеварения и дыхания, а также через неповрежденную кожу и слизистые оболочки. Коэффициент качества альфа-излучения равен 20. Это значит, что при прочих равных условиях для получения одинаковой эквивалентной дозы (т.е. одинакового биологического эффекта) необходима в 20 раз меньшая поглощенная доза альфа-частиц, чем рентгеновского или гамма-излучения. Хотя коэффициент качества определен лишь для «хронических» доз, т.е. для постоянного облучения с относительно малой мощностью поглощенной дозы, в нашем анализе мы можем принять его как действующий и для кратковременного облучения, поскольку, повторим, нас интересует лишь оценка с точностью до коэффициентов порядка единицы. Мы предполагаем, что весь введенный полоний инкорпорируется. Неполное всасывание в пищеварительном тракте может снизить мощность поглощенной дозы, хотя, как мы увидим, даже инкорпорирование лишь 10% от оцененного количества лишь замедлит летальный исход. Хотя около половины инкорпорированного полония концентрируется в печени, селезёнке, почках и костном мозге, не давая вклада в облучение всего организма как целого, это не снижает опасность, поскольку приводит к «направленному уничтожению» кроветворной и выделительной системы.

Один альфа-распад ядра полония-210, находящегося непосредственно в живой ткани, соответствует поглощенной энергии 5.3 МэВ, или 8.5×10-6 эрг. При облучении организма (массой 70 кг) гамма-квантами с поглощенной дозой 1 Р в тканях выделяется энергия 87,3 эрг/г × 70000 г = 6.1×106 эрг. С учетом коэффициента качества 20 получаем, что на один альфа-распад полония-210 приходится 2.8×10-11 бэр эквивалентной дозы. По условию, за неделю Литвиненко получил 600 бэр; это означает, что за этот срок в его организме произошло 2.2×1013 распадов. Этих данных достаточно, чтобы получить начальную активность поступившего в организм радионуклида, если учесть также, что период полувыведения из организма для полония равен 50 суткам [1, c.75]. Поскольку и период полураспада, и период полувыведения значительно превышают 1 неделю, можно считать, что активность радионуклида за время облучения, приведшего к получению летальной дозы, практически не менялась. Таким образом, начальная активность поступившего в организм 210Po примерно равнялась 2.2×1013 распадов / (7 суток × 24 часа × 3600 с) = 3.6×107 Бк, или 1 мКи. Для справки: 1 Ки, или кюри, – единица активности, равная 3.7×1010 Бк. Эта единица названа в честь супругов Кюри, открывших полоний и радий; она соответствует активности одного грамма радия-226. Беккерель, или Бк, – единица активности, соответствующая 1 распаду в секунду; названа в честь Анри Беккереля, первооткрывателя радиоактивности.

Итак, мы оценили минимальную начальную активность A0 введенного в организм полония, необходимую для того, чтобы вызвать наблюдавшееся лучевое поражение. Масса полония, соответствующая этой активности, вычисляется по формуле mA0T1/2 / NA ln2, где μ = 210 г/моль – молярная масса полония-210, T1/2 = 138 сут. = 1.2×107 с – период полураспада, NA=6.02×1023 моль-1 – число Авогадро. Эта масса равна 0.22 микрограмма.

Летальность такой дозы (несколько нанограммов на килограмм веса, или около 1 мегабеккереля на кг) подтверждается экспериментами на крысах [6]. Согласно [7, с.175], эквивалентная доза, накапливаемая при поступлении активности 1 Бк полония-210 через пищеварительный тракт, равна 5.14×10-7 зиверт (1 Зв = 100 бэр). Умножая на рассчитанную нами активность 3.6×107 Бк, получаем эквивалентную дозу 18500 бэр – безусловно и многократно смертельная величина, хотя в течение периода полувыведения будет накоплена лишь половина от нее, а за неделю – лишь 1/20 часть, которая по-прежнему выше летальной дозы. Таким образом, наши расчеты подтверждаются.

Вопрос: Может ли это количество полония оказаться доступным легальными или относительно легальными путями частному лицу или негосударственной организации?
Ответ: Да. Разумеется, полоний-210 легко доступен для государства или организации, обладающей:
а) собственным ядерным реактором (для синтеза полония-210 из висмута-209 путем нейтронного захвата – способ, которым сегодня обычно получают этот радионуклид) или хотя бы
б) крупными химическими производствами (для добычи полония из урановых руд – путь, которым воспользовались его первооткрыватели, уже упомянутые Мария и Пьер Кюри, в конце позапрошлого века).

Последний способ, в принципе, доступен и для злоумышленников. Напомним, что в результате 4-летнего труда, начатого в 1898 году, супруги Кюри, работая в сарае и используя технологии того времени, выделили 3 мг полония (15000 летальных доз!) из 15 тонн отходов переработки урановой руды. Иными словами, в килограмме таких отходов содержится одна летальная доза полония-210.

Однако есть и более простой путь. Полоний используется в промышленности, например, для устранения статической электризации. Любой человек, у которого имеется кредитная карточка, может купить в онлайн-магазине несколько сменных элементов для антистатических щеток (см., например, [2]: каждый элемент содержит 0.5 мКи полония-210 и стоит всего 37 долларов). Выделение полония из этих устройств доступно химику средней квалификации и даже продвинутому старшекласснику. Химические и физические свойства полония детально описаны в открытых источниках (см., например, [3]). Как мы показали выше, полония, содержащегося всего в двух таких элементах, уже достаточно для смертельного отравления с наблюдавшимися симптомами. Следует отметить, что, согласно нормам радиационной безопасности, полоний-210 относится к изотопам группы А (с особо высокой радиотоксичностью) и его количество в открытом виде на рабочем месте, не требующее регистрации в санитарной службе, не должно превышать 0.1 мкКи. Это в 5000 раз меньше активности полония в одном антистатическом элементе. В связи с этим следовало бы запретить открытое распространение столь опасных изделий, которые могут быть использованы для изготовления «грязной бомбы» или для единичных терактов, подобных случаю Литвиненко.

Вопрос: Расследование обнаружило следы полония-210 в нескольких самолетах компании British Airways и в других местах, где вроде бы ему быть не положено. Как это объяснить?
Ответ: В доступных мне источниках не сообщалось, какие количества полония обнаружены. Известно, однако, что 210Po является членом природного радиоактивного ряда, начинающегося с 238U, и, таким образом, наличествует в природе (он составляет около 10-15 от массы земной коры; количество полония-210, оцененное нами как смертельное для человека при внутреннем введении и соответствующее активности 1 мКи, содержится всего в трех килограммах природного урана, находящегося в равновесии с продуктами распада). В ходе последовательных распадов из содержащегося в гранитах и других горных породах урана-238 образуется инертный газ радон-222, который хорошо диффундирует сквозь различные среды и попадает в воздух. В каждом кубометре воздуха за секунду распадаются десятки и сотни ядер радона. Это один из наиболее существенных источников природного радиационного фона. В некоторых местах активность радона в воздухе ниже, в некоторых выше – все зависит от содержания урана в окружающих породах, от скорости перемешивания воздуха и еще от многих факторов. Для нас важным является то, что после распада (точнее, нескольких быстрых последовательных распадов) радон превращается в свинец-210, который, в свою очередь, оседает на различных поверхностях и впоследствии (c периодом полураспада 22 года) превращается в полоний-210. Кроме того, аэрозоли с содержанием полония возникают при добыче фосфатов, например апатита. Кстати, оседающий на листьях табака полоний-210 приводит к серьезной опасности для курильщиков: каждая сигарета содержит почти 100 мБк этого изотопа [4], часть которого отправляется в легкие курильщика и окружающих его людей. Таким образом, обнаружение полония-210 в каком-либо месте само по себе еще не указывает на следы преступников. Только наличие этого изотопа в количествах, существенно превосходящих природный и техногенный фон, должно вызывать подозрения.

Вопрос: Что, если не весь полоний поглотится в пищеварительном тракте? Ведь усвоение любого вещества может зависеть от индивидуальных особенностей организма, которые трудно предсказать заранее.
Ответ: В принципе, химические свойства полония таковы, что он легко проникает в организм даже сквозь неповрежденную кожу. То есть часть проглоченного полония может всосаться в кровь еще до попадания в кишечник, сквозь слизистые ротовой полости, пищевода и желудка. Допустим, однако, что отравление было очень быстро, в течение часа, обнаружено, и приняты меры по удалению полония из желудочно-кишечного тракта. В результате лишь 10% введенного полония попало в кровь (или хотя бы задержалось на поверхности тонкого кишечника). В этом случае в течение периода полувыведения (50 дней) пациент получит около 400 бэр, и еще примерно столько же в дальнейшем. При однократном облучении такая доза была бы летальной. Растянутое во времени облучение позволяет организму частично восстанавливать повреждения, особенно при адекватной медицинской помощи. Однако вероятность летального исхода и в этом случае высока, хотя и не 100%. Чтобы застраховаться от подобных случайностей, предполагаемому отравителю достаточно увеличить количество полония в несколько раз по отношению к рассчитанной выше минимальной дозе. Это, по-видимому, не является серьезной проблемой, учитывая легкодоступность нуклида (см. выше).

Вопрос: Известны ли другие случаи отравления полонием?
Ответ: Ирен Жолио-Кюри, дочь первооткрывателей этого элемента, пострадала от случайного разрушения ампулы с полонием во время работы в лаборатории. Она скончалась от последствий хронической лучевой болезни через десять лет, в 1956 году. Количество полония-210, попавшее в ее организм, было значительно меньше, чем в случае Литвиненко. Известны еще несколько случаев; все они также связаны со значительно меньшими дозами.

Вопрос: Какие ошибочные, с точки зрения физики и радиобиологии, утверждения появлялись в публикациях, посвященных случаю Литвиненко?
Ответ: В некоторых публикациях в СМИ утверждалось, что количество полония, которым был отравлен Литвиненко, составляет единицы граммов. Очевидно, эти оценки на 6-7 порядков расходятся с реально необходимой величиной, оцененной выше. Далее, в некоторых публикациях сообщалось, со ссылкой на «экспертов» (на директора по научной работе Курчатовского института Андрея Гагаринского, см. [8]), что человек, принявший такую дозу полония, которая была бы необходима для отравления, умер бы за время, измеряемое часами. Это неправильно, поскольку даже за сутки пациент получил бы лишь около 150 бэр, чего было бы достаточно для развития симптомов легкой формы лучевой болезни, но никак не для немедленной гибели. Возможно, журналисты неправильно интерпретировали слова Гагаринского. Сообщалось также, что рыночная цена того количества полония, которое было обнаружено в организме Литвиненко, составляет 30 млн. долларов. Если бы это было так, то, оценивая стоимость 0.5 мКи полония-210 в 30 долларов (исходя из цены устройства, предлагаемого к продаже в [2]), можно было бы предположить, что активность полония в организме Литвиненко в миллион раз больше, т.е. равна 500 Ки. Это соответствует мощности эквивалентной дозы около 500 бэр в секунду. Думаю, в этом случае пациента постигло бы то, что называется «смертью под лучом», т.е. летальный исход в течение минут и секунд. На самом деле для покупки необходимого количества полония и реактивов, необходимых для его выделения и концентрации (которые можно выполнить даже в школьной химлаборатории), достаточно нескольких сотен долларов.

Вопрос: Можно ли было бы обнаружить перевозимый в самолете полоний-210?
Ответ: На первый взгляд кажется, что нет, – ведь даже листок папиросной бумаги полностью задерживает альфа-частицы, излучаемые полонием. Упакованное, например, в стеклянную ампулу, соединение полония было бы недоступно для обнаружения детекторам гамма-излучения, которые, вполне вероятно, размещены в зоне досмотра пассажиров (детекторов альфа-частиц там нет по очевидным причинам – типичный пробег альфа-частиц в воздухе составляет лишь несколько сантиметров). Однако следует учесть, что, кроме альфа-частиц, полоний-210 излучает гамма-кванты с энергией 803 кэВ, хотя и в очень небольших количествах (с вероятностью 1.2×10-5, т.е. один гамма-квант на 80000 распадов) [5]. Рассчитанное нами летальное количество полония-210 обладает гамма-активностью около 400 Бк. Для сравнения: внутренняя радиоактивность организма человека, обусловленная в первую очередь природным радионуклидом калием-40, в норме составляет несколько тысяч Бк. Таким образом, достаточно низкофоновый гамма-детектор с хорошей геометрической эффективностью, настроенный специально для поиска гамма-линии 803 кэВ, в принципе мог бы обнаружить перевозимое в ампуле с тонкими стенками летальное количество полония-210. Это довольно сложная, но разрешимая задача. Однако полоний, перевозимый в контейнере с толстыми стенками из свинца или других тяжелых элементов, был бы необнаружим (свинец толщиной 4 см уменьшит поток гамма-квантов с энергией 800 кэВ в 25 раз). Металлический контейнер будет обнаружен металлодетекторами, однако стенки контейнера могут состоять и из неметаллических соединений свинца, висмута и пр., которые металлодетектор не обнаружит.



[1] В.Ф.Козлов. Справочник по радиационной безопасности. М.: Энергоатомиздат, 1991.
[2] http://www.2spi.com/catalog/photo/statmaster.shtml, http://www.sterlitech.com/products/membranes/staticeliminator.htm
[3] Руководство к практическим занятиям по радиохимии. М.: Химия, 1980.
[4] http://kidslink.bo.cnr.it/besta/fumo/epolonio.html
[5] R. Firestone. Table of Isotopes. 8th Edition. Wiley-Interscience, 1998.
[6] J. Penсova et al. Reduction of subacute lethal radiotoxicity of polonium-210 in rats by chelating agents. Int. J. Rad. Biol. 72 (1997) 341.
[7] Federal Guidance Report No.11. Limiting Values of Radionuclide Intake and Air Concentration and Dose Conversion Factors for Inhalation, Submersion, and Ingestion (EPA 520/1-88-020). 224 pp. September 1988. (http://www.epa.gov/radiation/docs/federal/520-1-88-020.pdf ).
[8] http://www.izvestia.ru/investigation/article3098932/
Tags: полоний-210
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 40 comments