De grote killer redt levens

De atoombom kan de mensheid fataal worden. Maar hij heeft het ook mogelijk gemaakt om kanker heel precies te bestralen en zo meer levens gered dan gekost.

De atoombom kan de mensheid fataal worden. Maar hij heeft het ook mogelijk gemaakt om kanker heel precies te bestralen en zo meer levens gered dan gekost.

Als majoor Andrei Doernovtsev de atoombom op 10 kilometer boven Nova Zembla in de Barentszzee uit een speciaal gebouwd vliegtuig laat vallen, weten hij en zijn bemanning dat ze volgens de berekeningen niet meer dan 50 procent kans hebben om de kernproef te overleven.

Even later rijst een paddenstoelwolk van 62 kilometer op. De lichtflits is op bijna 1000 kilometer afstand te zien en de schokgolf gaat meerdere keren de wereld rond.

Het is 30 oktober 1961 en de Sovjet-Unie heeft de Tsar Bomba tot ontploffing gebracht – een atoombom van ongeëvenaarde grootte.

De bemanning overleeft het maar net. Hoewel het toestel op ruim 40 kilometer afstand is als de bom ontploft, maakt het door de schokgolf een val van bijna een kilometer – op veilige afstand van de vuurbol die binnen een paar tellen is ontstaan.

In 2011, 50 jaar na de Tsar Bomba, krijgt de Vietnamees Do Quoc Hung de diagnose longkanker. Vijf jaar later is hij nog in leven – dankzij de atoombom.

De bestraling met dezelfde stoffen die de Tsar Bomba zijn verwoestende kracht gaven, doden de kanker in zijn longen en maken hem weer gezond.

VIDEO: Doomsday Clock wijst 100 seconden voor middernacht aan

De mensheid is op dit moment dichter bij een zelf veroorzaakte ramp dan ze sinds 1953 is geweest, toen de Sovjet-Unie haar eerste waterstofbom tot ontploffing bracht. Dat denkt het wetenschapspanel achter de zogenoemde Doomsday Clock. In 2020 zijn de wijzers verzet naar 100 seconden voor 12, voornamelijk vanwege de dreiging van een kernoorlog en de klimaatverandering:

Bom helpt geneeskunde verder

De energie-opbrengst van de Tsar Bomba was 50 megaton. Dat is 3000 keer zo krachtig als de bom die in 1945 135.000 mensen doodde in Hiroshima in Japan.

5 miljoen miljard miljard watt, ruim 1 procent van het totale vermogen van de zon, kwam vrij toen de Tsar Bomba ontplofte.

Een grotere bom is er nooit gemaakt, omdat dat niet nodig is om totale vernietiging te bereiken.

Kernwapens zijn de ultieme killers, maar hebben ook geleid tot een reeks nieuwe wetenschappen en technologieën.

Hetzelfde mechanisme dat het mogelijk maakt om een atoombom te bouwen, wordt nu voor het opwekken van groene energie en voor klimaatonderzoek gebruikt.

Bovendien is dankzij het dodelijke wapen de nucleaire geneeskunde ontstaan.

Zonder de nucleaire wapenwedloop, die begon in de Tweede Wereldoorlog, was het onderzoek naar radioactieve stoffen nooit zo ver gekomen als het nu is.

En de zeldzame stoffen die werden geproduceerd voor verwoestende atoombommen werden kort na de oorlog ingezet voor het tegenovergestelde.

© Snowleopard1/Getty Images

Bommenlab maakt wapen tegen kanker

In de bergen van New Mexico in de VS staat het Los Alamos National Laboratory, waar in de Tweede Wereldoorlog de eerste atoombom werd gemaakt.

Het laboratorium werkt nog steeds met atoombommen, maar gebruikt de deeltjesversneller nu ook om levensreddende stoffen te maken voor de behandeling van kanker.

Een van de meest geavanceerde is actinium-225. Deze stof bindt zich aan de immuuncellen van het lichaam en gaat eenmaal geïnjecteerd zelf op zoek naar de kankercellen.

Als actinium-225 op de kankercellen botst, verbruikt het bijna al zijn energie, waardoor de gezonde cellen worden ontzien.

© ORNL

Inwendige bestraling

Actinium-225 is een van de radioactieve stoffen die worden geïnjecteerd of geïmplanteerd.

© Shutterstock

Uitwendige bestraling

Een bestralingsapparaat bombardeert het door kanker getroffen gebied met straling.

Radioactief jodium geneest man

In 1943 krijgt patiënt ‘BB’ plotseling hevige hoofdpijn. 20 jaar eerder is zijn schildklier verwijderd vanwege een tumor, en de arts Sam Seidlin van het Montefiore Hospital in New York past nu een nieuwe methode toe. Hij geeft BB een kleine dosis radioactief jodium.

Doordat jodium vrijwel alleen door de schildklier wordt opgenomen, kan Seidlin met een geigerteller zien dat de kanker zich vandaar heeft verspreid: de uitzaaiingen of metastasen nemen jodium op.

Door zijn ziekte produceert BB’s lichaam te veel van een bepaald hormoon, maar het radioactieve jodium remt die aanmaak.

Seidlin komt op het idee de kanker doelgericht te bestrijden door zijn patiënt een grotere dosis jodium te geven.

De experimentele behandeling slaagt: de hoofdpijn van BB verdwijnt en de kanker zaait zich niet verder uit.

© CERN

Wist je dat deeltjesfysica dankzij de atoombom is ontstaan?

In 2012 ontdekte het Europese centrum voor deeltjesfysica, CERN, het zogeheten higgsdeeltje, dat alle materie massa geeft. Dat was waarschijnlijk niet gebeurd zonder de atoombom en de kernwapenwedloop, die ons meer leerden over deeltjesfysica en leidden tot de oprichting van CERN.

Seidlins doorbraak is beschreven in een beroemd artikel uit 1946, dat bijdroeg aan het ontstaan van een medische discipline die onlosmakelijk is verbonden met de ontwikkeling van de atoombom.

Atoombommen maken gebruik van zeer vluchtige radioactieve stoffen. Sommige komen in de natuur voor, andere worden gemaakt in kernreactoren en deeltjesversnellers.

In 1942 werd in het geheime Oak Ridge-­laboratorium in Tennessee, VS, de reactor X-10 gebouwd. Het was de eerste reactor voor de productie van plutonium-239, de ‘brandstof’ voor een gewone atoombom.

De onderzoekers maakten de vluchtige stof door uranium-238 te bestralen met neutronen.

Terwijl de onderzoekers bezig waren met verschillende bewerkingen van uranium, ontdekten ze dat het mogelijk is jodium-131 te produceren door uranium-235 te splijten – een proces dat plaatsvond in de reactor.

©

Waterstofbom kan stad wegvagen

Waterstofbommen zijn zo geweldig krachtig dat één exemplaar in een paar seconden een grote stad kan wegvagen. Atoombommen worden boven de grond tot ontploffing gebracht, omdat een deel van de energie in de grond zou verdwijnen als ze pas zouden detoneren bij contact met de aarde. Door de extreme hitte vat de lucht vlam en stijgt er een vuurbol op – volgens hetzelfde principe als een heteluchtballon – die de bekende paddenstoelwolk vormt. De vuurbol wordt ingehaald door de schokgolf die direct erna ontstaat, en stof en afval wervelen omhoog als de steel van de paddenstoel. Circa de helft van de energie komt vrij in de vorm van de schokgolf, een derde tot de helft is warmte en de rest straling.

In 1946 besloten de Amerikaanse autoriteiten dat de reactor zich moest richten op geneeskunde in plaats van wapens.

Dat betekende dat radioactief jodium, waarvan Sam Seidlin dat jaar liet zien dat het kanker kon genezen, nu in massa geproduceerd werd. De nucleaire geneeskunde was een feit.

Radioactieve stoffen werden vanaf het einde van de Tweede Wereldoorlog vooral gebruikt voor diagnostiek, omdat ze kunnen worden afgestemd op het lichaamsdeel dat de arts wil onderzoeken.

Het basisprincipe is dat radioactieve stoffen worden gecombineerd met tracers – stoffen waarvan bekend is dat ze worden opgenomen in bepaalde organen of zich hechten aan zieke cellen.

Het mengsel wordt geïnjecteerd, en als bepaalde cellen door ziekte overactief zijn, zal de stof zich daaraan koppelen.

Met een gammacamera kunnen artsen vervolgens de straling registreren en zich op die manier een gedetailleerd beeld vormen van een ziekte in een bepaald deel van het lichaam.

© Science Source/Scanpix

Amerikanen droomden van atoomtijdperk

In de jaren 1950 was men wild enthousiast over de atoombom en kernenergie en wist bijna niemand van de gevaren. Velen hoopten op een atoomtijdperk met auto’s op kernenergie.

Tegenwoordig wordt voor het stellen van diagnoses vooral technetium-99m gebruikt.

Dit is zo geschikt omdat het gemakkelijk meetbare gammastraling uitzendt met ongeveer dezelfde golflengte als gewone röntgenstraling.

En het vervalt binnen 24 uur vrijwel geheel tot het stabiele technetium-99, waardoor het lichaam slechts aan een minimale hoeveelheid straling blootstaat.

Kobalt-60 snijdt als een mes

Kernreactoren maakten de productie van allerlei radioactieve stoffen voor medicinaal gebruik mogelijk.

Een ervan is kobalt-60, dat niet in de natuur voorkomt en alleen in een reactor kan worden gemaakt door kobalt-59 te bombarderen met neutronen.

Kobalt-60 zou de weg banen voor de revolutionaire techniek Gamma Knife, ‘gammames’.

Deze behandeling redde in 2011 het leven van de Vietnamees Do Quoc Hung, ondanks een longkankerdiagnose die voorheen een wisse dood zou hebben betekend.

© Shutterstock

Kernenergie heeft al miljoenen levens gered

Bijna 2 miljoen levens bleven gespaard doordat kernenergie vervuilende kolencentrales heeft vervangen. Dat berekenden twee NASA-onderzoekers, die tevens vaststelden dat er tussen 1971 en 2009 slechts 4900 mensen zijn omgekomen als een direct gevolg van kernenergie. Dit cijfer is echter omstreden, omdat er onenigheid is over het aantal doden als gevolg van Tsjernobyl. Maar zelfs bij de ergste schatting zijn kerncentrales niet zo gevaarlijk als kolencentrales.

  • 1.800.000 minder mensen stierven doordat kernenergie oude kolencentrales verving.
  • 76.000 levens per jaar werden tussen 2000 en 2009 gered door kernenergie.
  • 7.000.000 sterfgevallen zijn de komende 40 jaar te voorkomen als kernenergie in de plaats komt van fossiele brandstoffen.

Kolen 14 keer zo gevaarlijk als kernenergie:

Kernenergie

1,2 doden per 10 miljard kWh (meest pessimistische schatting)

Gas

1,6 doden per 10 miljard kWh (meest pessimistische schatting)

Waterkracht

1,6 doden per 10 miljard kWh (meest pessimistische schatting)

Steenkool

32,7 doden per 10 miljard kWh (meest pessimistische schatting)

Bij de Gamma Knife-techniek wordt de bestraling heel nauwkeurig op de kanker gericht.

De actieve stof in het ‘mes’ zendt gammastraling uit – elektromagnetische straling met een extreem korte golflengte, die energierijk genoeg is om elektronen in de kankercellen te scheiden van de atomen.

Op die manier worden vrije radicalen gevormd, atomen waarvan een van de elektronenparen is verbroken.

Deze vrije radicalen reageren sterk met de atomen eromheen en doden zo de kankercellen.

De behandeling is in 1968 voor het eerst getest en betekende het begin van de radiochirurgie.

Inmiddels is de methode verfijnd, en nu wordt vaak een roterend Gamma Knife gebruikt, waarbij de stralingsbron rond de patiënt beweegt en vanuit verschillende richtingen bestraalt.

Dat maakt de methode nauwkeuriger en beperkt de bestraling van gezond weefsel. Zo werd het ook mogelijk mensen als Do Quoc Hung te genezen.

In de jaren 1970 en 1980 zorgden radio­actieve stoffen weer voor een doorbraak.

Met de moderne scanmethoden – CT, MRI en PET –, die van radioactieve tracers gebruikmaken, is het mogelijk geworden om bijvoorbeeld tumoren veel gedetailleerder in kaart te brengen.

Dat maakt radiochirurgie nog breder inzetbaar, doordat de artsen nauwkeuriger te werk kunnen gaan.

© Shutterstock

Kernwapens leiden tot mondiale winter

Wereldwijde temperatuurdaling, verwoeste gewassen en ernstige zonnebrand. De gevolgen van een moderne kernoorlog zouden catastrofaal zijn. In 2014 is het effect berekend van een eventuele oorlog tussen India en Pakistan, waarbij het equivalent van 100 keer de bom op Hiroshima wordt ingezet. Dat is een kleine kernoorlog: veel waterstofbommen zijn nu 10 keer zo krachtig.

De jaren na de kernoorlog:

1 jaar

De wereldtemperatuur daalt met 1,1 °C doordat roet zonlicht absorbeert. In de atmosfeer wordt het warmer. Wolken verdampen, de neerslag neemt met 6% af.

5 jaar

In Noord-Amerika en Europa zijn de zomers tot 4 °C kouder en is de oogst slechter. Er komt meer huidkanker voor, doordat 25% van de ozonlaag is verwoest.

10 jaar

De wereldtemperatuur is 0,5 °C hoger en de hoeveelheid neerslag is nu nog 4,5% lager dan vóór de kernoorlog. De ozonlaag is weer op 92% van normaal.

26 jaar

Temperatuur, neerslag en ozonlaag zijn weer vrijwel op het niveau van vóór de kernoorlog.

Versneller behandelt kanker

De technologische ontwikkeling heeft de deeltjesversneller gangbaarder gemaakt.

En met die versneller kunnen artsen straling produceren met een hogere energie-inhoud dan de eerdere radiochirurgie en zodoende kankercellen nog effectiever doden.

Het nieuwste op het gebied van radiochirurgie is Microbeam Radiation, en die zal naar verwachting grote betekenis krijgen voor de behandeling van kanker, vanwege zijn extreme precisie.

Aan de basis van de techniek staat de synchrotron, een circulaire deeltjesversneller.

De oorspronkelijke atoombom haalde al zijn kracht uit kernsplijting. Nu zijn de meeste atoombommen echter waterstofbommen. Dit krachtigste wapen ter wereld bootst de processen in de zon na, waar waterstofatomen door een druk van 250 miljard keer die aan het aardoppervlak en een temperatuur van 15 miljoen °C samensmelten tot helium. De bom gebruikt kernsplijting om de fusie van waterstof op gang te brengen, waarbij extreem veel energie vrijkomt.

© Claus Lunau

Atoombom haalt alle energie uit kernsplijting

Ontploffing
De energie van de bom komt vrij uit een bol van kneedspringstof. In de bol zit de brandstof, plutonium-239, en een zogeheten initiator van beryllium en polonium-210. Bij de explosie worden het instabiele polonium-210 en beryllium samengeperst.

© Claus Lunau

Atoombom haalt alle energie uit kernsplijting

Kernsplijting
Polonium-210 zendt alfastraling uit, die neutronen losmaakt van de berylliumatomen. Als die op de plutonium- 239-atomen botsen, komt energie vrij en splijten ze in twee à drie nieuwe neutronen, waardoor razendsnel een kettingreactie ontstaat.

© Claus Lunau

Waterstofbom voegt kernfusie toe

Verhitting
Bij kernsplijting komt gammastraling vrij. Die wordt gereflecteerd door de binnenkant van de bekleding van de bom en verhit de bom vanbinnen tot circa 100 miljoen °C.
Die extreme hitte zet de volgende stap van de bom in gang: kernfusie.

©

Waterstofbom voegt kernfusie toe

Explosie
Bij de fusie bestaat de brandstof van de bom uit twee typen zware waterstof: deuterium en tritium, in een uraniumschil. Het proces is geheim, maar waarschijnlijk ontploft de schil en wordt de waterstof door de resulterende kracht samengeperst.

© Claus Lunau

Waterstofbom voegt kernfusie toe

Fusie
Door de extreme druk fuseren deuterium en tritium tot een nieuwe stof, helium, zoals dat ook in de kern van de zon de hele tijd gebeurt. Bij dit proces komt geweldig veel energie vrij – meer dan vier keer zo veel als bij kernsplijting.

Een magnetisch veld versnelt de deeltjes steeds verder, en de straling neemt toe met de snelheid.

Door die versnelling ontstaat röntgenstraling, en die straling wordt dusdanig geconcentreerd dat de straal die het lichaam in gaat een diameter heeft van slechts 10 micrometer (1/100.000 meter) – circa een tiende van een mensenhaar.

Zo worden er heel veel kleine, exacte stralingspulsen op de kankercellen afgevuurd en blijft de schade aan gezonde cellen minimaal.

Er wordt vooral veel van Microbeam verwacht op het gebied van tumoren in het centrale zenuwstelsel, die nu moeilijk te behandelen zijn.

De atoombom is gemaakt als een wapen tegen militaire vijanden en stelde de mens in staat de aarde geheel te verwoesten. Maar dit allesvernietigende wapen leidde ook tot technologie die levens redt door vijanden in het lichaam extreem precies te bestrijden.