De grote killer redt levens

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.