Первое время рентгеновские лучи считались побочным излучением, генерируемым электронными трубками. Однако в 1896 году, через несколько месяцев после открытия Рентгена, Анри Беккерель, французский химик, знавший о трудах Рентгена, обнаружил, что определенные природные элементы — например, уран — сами по себе испускают незримые лучи, по свойствам очень похожие на рентгеновские. В Париже друзья Беккереля, молодые ученые Пьер и Мария Кюри, начали прочесывать природный мир в поисках еще более мощного химического источника рентгеновских лучей. Пьер и Мария (тогда еще Склодовская, польская иммигрантка без гроша в кармане, живущая в парижской мансарде) встретились в Сорбонне, их притянуло друг к другу общее увлечение свойствами магнитов. В середине 1880-х годов Пьер Кюри при помощи крошечных кристаллов создал инструмент, который назвал электрометром — для измерения очень малых доз энергии. При помощи этого прибора Мария показала, что даже самую незначительную радиацию, испускаемую урановой рудой, можно измерить количественно. Вооружившись этим новым инструментом для измерения радиоактивности, Мария и Пьер пустились на поиски новых источников рентгеновских лучей. Таким образом, количественные измерения стали двигателем еще одного великого путешествия по миру научных открытий.

В местечке Иоахимсталь (Яхимов), среди лесов и торфяников на территории современной Чешской Республики, в рудниках добывали серебро и урановую руду для лакокрасочной промышленности. В отходах добычи — смоляной урановой обманке — Кюри обнаружили следы нового элемента, гораздо радиоактивнее урана. Супруги начали дистилляцию черного шлама, пытаясь выделить источник радиации в максимально чистом виде. Из нескольких тонн смоляной обманки, четырехсот тонн воды на промывку и сотен ведер дистиллированного шлама они к 1902 году получили примерно одну десятую грамма нового элемента. Металл, занявший место на дальнем конце периодической таблицы элементов, испускал рентгеновские лучи с такой силой, что в темноте светился гипнотически-голубоватым светом, пожирая сам себя. Нестабильный элемент казался странным гибридом вещества и излучения — вещество, превращающееся в излучение. Мари Кюри назвала новый элемент радием, от греческого слова «свет».

Мощность излучения радия выявила еще одно новое и неожиданное свойство рентгеновских лучей: энергия излучения не только проникала сквозь ткани человеческого тела, но и накапливалась в них. Благодаря первому свойству Рентгену удалось сфотографировать руку его жены: лучи прошли сквозь кости и мягкие ткани и оставили на пленке теневое отображение скелета. Для Марии Кюри руки стали мучительным доказательством второго эффекта: после продолжительной работы с урановой обманкой в погоне за чистым источником радиации кожа рук начала сходить почерневшими слоями, словно обуглившись изнутри. Несколько миллиграммов радия в пробирке, хранившейся в нагрудном кармане Пьера, прожгли дыру в плотном твидовом жилете и оставили незаживающий шрам на груди. Фокусник, демонстрировавший на ярмарке «магические трюки» при помощи незащищенного прибора с радием, получил такую дозу радиации, что на губах у несчастного образовались пузыри, щеки ввалились, а ногти выпали. Радиация постепенно добралась и до костного мозга Марии Кюри, вызвав хроническое малокровие.

Биологам потребовалось не одно десятилетие для понимания механизма, лежащего в основе всех этих эффектов, однако сам спектр поврежденных тканей — кожа, губы, кровь, десны и ногти — давал важное указание: радий атакует ДНК. ДНК — инертная молекула, удивительно устойчивая к большинству химических реакций, поскольку ее задача состоит в сохранении стабильности генетической информации. Однако рентгеновские лучи способны разрушать нити ДНК или создавать токсичные химические вещества, разъедающие эти нити. Клетки отвечают на подобные повреждения тем, что умирают или перестают делиться. Таким образом, рентгеновские лучи выборочно убивают наиболее быстро делящиеся клетки организма, а именно клетки кожи, ногтей, десен и крови.

Это свойство рентгеновских лучей не осталось незамеченным — особенно исследователями рака. В 1896 году, через год после открытия Рентгеном Х-лучей, Эмилю Груббе, двадцатилетнему студенту-медику из Чикаго, пришла в голову вдохновенная мысль использовать рентгеновские лучи для лечения рака. Пылкий, предприимчивый и бесконечно изобретательный Груббе работал на чикагском заводе, производящем вакуумные рентгеновские трубки, и смастерил для своих экспериментов кустарную версию такого прибора. Груббе много раз замечал, что у подвергавшихся облучению рабочих сходили ногти и облезала кожа, да и у самого него от многократных облучений руки опухли и шелушились, — поэтому для него не составило труда распространить логику этой клеточной гибели и на опухоли.

На заводе, располагавшемся на Холстед-стрит (название не имеет никакого отношения к хирургу Холстеду) в Чикаго, 29 марта 1896 года Груббе при помощи самодельной рентгеновской трубки начал облучать Розу Ли, пожилую женщину, страдавшую от рака молочной железы. Ли перенесла мастэктомию, но рак вернулся болезненной опухолью на груди. Эксперимент Груббе был для Розы Ли последней соломинкой, а для исследователя — скорее способом удовлетворить экспериментаторское любопытство, чем надеждой достичь каких-либо клинических успехов. Чтобы предохранить незатронутую опухолью часть груди от излучения, Груббе прикрыл грудь Ли фольгой, выстилавшей ящик с чаем. Сеансы облучения проводились восемнадцать дней кряду, каждый вечер. Лечение оказалось болезненным, однако отчасти успешным. Опухоль на груди у Ли пошла язвами, затвердела и съежилась — первый официально задокументированный локальный результат лечения в истории лучевой терапии. Через несколько месяцев после первоначального лечения у Ли начались головокружение и тошнота. Рак дал метастазы в позвоночник, мозг и печень, и больная вскоре скончалась. Таким образом, Груббе наткнулся на еще одно важное наблюдение: рентгеновские лучи могут использоваться только для лечения местных форм рака, а на уже давших метастазы опухолях не имеют практически никакого эффекта[8].

Вдохновленный первым результатом, пусть даже и временным, Груббе принялся использовать лучевую терапию для лечения других пациентов с местными разновидностями рака. Так возникло новое направление раковой медицины — радиационная онкология. Клиники, лечащие рентгеновскими лучами, появлялись по всей Европе и Америке, точно грибы после дождя. К началу 1900-х годов, меньше чем через десять лет после открытия Рентгена, врачи пребывали в полном экстазе от возможностей излечения рака посредством облучения. «Я верю, что это лечение является абсолютной панацеей для всех форм рака, — заметил один чикагский врач в 1901 году. — Оно дарит нам неограниченные возможности».

После того как в 1902 году супруги Кюри открыли радий, хирурги смогли облучать опухоли тысячекратно более сильными дозами излучения. В лихорадочном восторге они проводили конференции по высокодозному облучению и создавали новые медицинские общества. Радий вплавляли в золотую проволоку и вшивали непосредственно в опухоли, чтобы обеспечить еще более высокий уровень местного облучения. Хирурги помещали в опухоли брюшной полости специальные радоновые гранулы. К 1930–1940-м годам в США образовался избыток радия, его начали продавать населению, размещая рекламу на задних страницах журналов. Параллельно развивались технологии производства лучевых трубок: к середине 1950-х годов эти трубки были способны обрушивать на раковые ткани испепеляющие дозы облучения.