В результате сочетания нескольких фатальных случайностей Бугорский ремонтировал работающий ускоритель. Он засунул голову в канал, через который в этот момент проходил чрезвычайно мощный пучок протонов. Как только его голова пересекла невидимый пучок протонов, ученый увидел вспышку «ярче тысячи солнц», но не почувствовал боли.
Бугорский понял, что он подвергся облучению протонным лучем, но в этот день он никому об этом не сказал. Вместо этого он завершил работу, записал в дневнике информацию о своем посещении ускорительного канала и затем с тревожным предчувствием стал ожидать появления симптомов лучевой болезни. Ночью левая сторона его лица стала опухать, и после бессонной ночи Бугорский решил обратиться к врачам. Его срочно отправили в Москву в специализированную радиологическую больницу № 6 (ныне ФМБЦ им. А. И. Бурназяна ФМБА России).
Хотя это точно не известно, но принято считать, что через голову Бугорского прошло от 200 000 до 300 000 рад. Ни один человек никогда не испытывал на себе такого мощного потока радиации. Обычно дозы от 400 до 1000 рад достаточно, чтобы убить человека. Но Бугорский выжил, потому что это был сфокусированный луч с поперечным размером 2×3 мм. В отличие от Чернобыля или Хиросимы, где жертвы облучались
высокоэнергетическим гамма-излучением с головы до ног, Бугорский получил дозу точечно с минимальным рассеянием. Луч проник через затылок и вышел через нос. Он практически прожег дыру в тканях головы, но, хотя его мозг пострадал и одна сторона лица была парализована, жизненно важные органы, такие как костный мозг и желудочно-кишечный тракт, не подверглись смертоносному излучению. Шрамы на затылке и на лице зажили со временем, но левая сторона лица осталась парализованной, и он потерял слух на левое ухо. Был период, когда участились эпилептические приступы, даже с потерей сознания, но его интеллект не пострадал.
Анатолий вернулся на работу через 18 месяцев, но два раза в год приезжал на обследования в Москву. Он продолжал заниматься наукой, защитил кандидатскую диссертацию и занимал должность координатора физических экспериментов на протонном синхротроне У-70, где произошел инцидент. Из-за политики Советского Союза по сохранению секретности в вопросах, связанных с ядерной энергетикой, Бугорский не разглашал подробностей аварии более десяти лет, его история стала известной только после чернобыльской катастрофы.
Анатолий Бугорский не только выжил, но и пережил протонный ускоритель, который его покалечил. Распад Советского Союза и экономические изменения в стране привели к сворачиванию государственного финансирования, проект был остановлен и в конечном счете заброшен. Бугорский до сих пор живет в Протвино, сейчас ему 78. Он с трудом оплачивает лечение эпилепсии. В 1996 году он подавал заявление на повышение группы инвалидности, но его отклонили.