Wat is polonium – en waarom is het zo gevaarlijk?

Een Zwitsers forensisch rapport van de opgegraven resten van ex-Palestijnse leider Yasser Arafat suggereert vandaag dat poloniumvergiftiging de oorzaak kan zijn geweest van de dood – maar wat is polonium en waarom is het zo dodelijk?

Ten eerste moeten we de basisprincipes van radioactiviteit begrijpen.

Radioactiviteit is de (term die wordt gegeven aan de) emissie van bepaalde deeltjes of elektromagnetische golven veroorzaakt door de afbraak van atoomkernen. Elementen kunnen variëren, zodat ze verschillende aantallen neutronen in hun kernen hebben; dit worden isotopen genoemd.

De halfwaardetijd van een isotoop is de tijd die het duurt voordat de helft van het uitgangsmateriaal in een monster is omgezet, of vervallen, in een ander product (na deze tijd is de helft van materiaal is verdwenen). De radioactiviteit van een materiaal is omgekeerd evenredig met de halfwaardetijd van het materiaal (als iets een lange halfwaardetijd heeft, is de hoeveelheid straling die het per seconde afgeeft lager).

thierry ehrmann onder Creative Commons BY 4.0-licentie Marie en Pierre Curie, ontdekt Polonium

Hoge radioactiviteit, hoge dodelijkheid

Polonium is een zeer radioactieve zwaar metaal. Het is misschien wel het meest dodelijke bekende materiaal. Hoewel het een aantal kleine industriële toepassingen heeft, is het vooral bekend vanwege het verband met mogelijke moorden. Het wordt ook gebruikt om neutronen te produceren in de kern van kernwapens.

Ontdekt door Marie Curie, is het element vernoemd naar haar thuisland Polen. Polonium is element 84 in het periodiek systeem en al zijn isotopen zijn radioactief. Hun halfwaardetijden variëren van enkele miljoensten van een seconde tot 103 jaar.

Wanneer polonium in de media wordt besproken, is dat meestal in de context van de polonium-210 isotoop (210Po). Deze isotoop heeft een halfwaardetijd van 138 dagen, dus hoewel het materiaal een zeer hoge radioactiviteit heeft, is het stabiel genoeg om te worden vervoerd (meestal vanaf een locatie met kernreactoren of andere wetenschappelijke apparatuur van hoog niveau).

210Po is voorgesteld als een moordmethode. De twee bekendste verdachte gevallen zijn KGB-agent-geworden-journalist Alexander Litvinenko in 2006 en – zoals hierboven vermeld – Yasser Arafat.

Aangezien lucht reageert met alfadeeltjes, moet het polonium worden ingenomen (of worden geïnjecteerd) ) in het moorddoel. In het geval van Litvinenko wordt beweerd dat het hem in een kopje thee werd gegeven.

De 138 dagen halfwaardetijd van 210Po is kort, dus het element is erg radioactief. Hoewel het een smeltpunt heeft van 254 ° C, is het zo radioactief dat als je 1 g stuk 210Po zou maken, het zoveel warmte zou creëren dat het vanzelf zou smelten. De vloeistof lijkt blauw te gloeien door de interactie van de alfadeeltjes met de omringende lucht.

Effecten van polonium

De toxiciteit van radioactieve materialen wordt meestal gemeten in termen van de uitgezonden straling en / of geabsorbeerd. Om te vergelijken met meer conventionele gifstoffen, is de gemiddelde dodelijke dosis (LD50) voor 210 Po die gewoonlijk wordt genoemd ongeveer 1 μg, of een miljoenste van een gram.

Dat is een tienduizendste van de dosis VX – het meest krachtige zenuwgas.

Verontreiniging wordt op dezelfde manier behandeld als andere vergiftigingen door zware metalen, met chelaatvormers die zich aan het metaal binden en het waarschijnlijker maken dat het wordt uitgescheiden. Zodra een slachtoffer echter de symptomen van 210Po-vergiftiging vertoont, zijn de effecten waarschijnlijk fataal.

Het type straling is ook een factor in hoe gevaarlijk een materiaal is. De straling die vrijkomt door 210Po wordt een alfadeeltje genoemd.

Het alfadeeltje is een heliumkern (twee protonen en twee neutronen). Dit relatief grote deeltje zal niet ver door de lucht reizen en wordt tegengehouden door een stuk papier. Het trekt echter elektronen uit andere elementen (ioniseert ze). De geïoniseerde elementen zijn op hun beurt zeer reactief en in staat reacties te ondergaan die normaal niet in een menselijk lichaam zouden voorkomen.

Dus in tegenstelling tot het beeld van stralingsbeschadigend DNA en kanker veroorzaken, gedragen alfadeeltjes zich meer als een normaal vergiftiging, maar beschadigt veel verschillende biologische systemen in plaats van zich te richten op één type molecuul.

De effecten van poloniumvergiftiging zijn in feite die van acute stralingsvergiftiging. Deze treden op binnen één dag na blootstelling aan een grote dosis ioniserende straling. De effecten zijn allemaal gebaseerd op schade aan de snelgroeiende cellen van het lichaam:

• beenmerg – een daling van het aantal bloedcellen die vermoeidheid veroorzaakt
• gastro-intestinale cellen – die braken veroorzaken en misselijkheid
• folliculaire cellen – die haaruitval veroorzaken.

Detectie van polonium

Vanwege de hoge radioactiviteit van polonium is het gebruikelijk om het te detecteren door gebruik van de manier waarop het vervalt. De snelheid (energie) van alfadeeltjes die door straling worden geproduceerd, is specifiek voor de isotoop die ze uitzendt en laat een soort handtekening achter, waarmee de oorspronkelijke isotoop kan worden geïdentificeerd.

Een vloeistofmonster waarvan wordt vermoed dat het polonium bevat, wordt op een oppervlak gedroogd en de energie van de uitgezonden deeltjes wordt gemeten. Het aantal deeltjes met een bepaalde energie is recht evenredig met de hoeveelheid van die isotoop in het monster.

De korte halfwaardetijd maakt 210Po erg moeilijk te bestuderen. Het is bijzonder moeilijk om de overblijfselen van 210Po-besmetting te zoeken als er een aanzienlijke hoeveelheid tijd is verstreken.

Meting van verhoudingen van stabiele afbraakproducten van de verschillende isotopen van polonium zou enig inzicht kunnen geven in of vergiftiging heeft plaatsgevonden. , maar dit hangt af van de oorspronkelijke samenstelling van het poloniummonster en het is vatbaar voor besmetting.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation in 2013. Lees het originele artikel.