Vad är polonium – och varför är det så farligt?

En schweizisk kriminalteknisk rapport om de uppgrävda resterna av före detta palestinska ledaren Yasser Arafat föreslår idag att poloniumförgiftning kan ha varit orsaken av döden – men vad är polonium, och varför är det så dödligt?

Först måste vi förstå grunderna för radioaktivitet.

Radioaktivitet är (termen ges till) utsläpp av vissa partiklar eller elektromagnetiska vågor orsakade av nedbrytning av kärnor i atomer. Element kan variera så att de har olika antal neutroner i sina kärnor; dessa kallas isotoper.

En isotops halveringstid är den tid det tar för hälften av utgångsmaterialet i ett prov att omvandlas eller sönderfallas till en annan produkt (efter denna tid hälften av utgångsmaterialet materialet är borta). Ett materials radioaktivitet är omvänt proportionell mot materialets halveringstid (om något har en lång halveringstid är mängden strålning som frigörs per sekund lägre).

Thierry Ehrmann under Creative Commons BY 4.0-licens Marie och Pierre Curie, upptäcker Polonium

Hög radioaktivitet, hög dödlighet

Polonium är en mycket radioaktiv tungmetall. Det är utan tvekan det mest dödliga kända materialet. Även om den har några mindre industriella användningsområden är den mest känd för kopplingar till möjliga mord. Det används också för att producera neutroner i kärnvapenkärnan.

Elementet upptäcktes av Marie Curie och fick sitt namn efter sitt hemland Polen. Polonium är element 84 i det periodiska systemet, och alla dess isotoper är radioaktiva. Deras halveringstid varierar mellan några miljondelar av en sekund till 103 år.

När polonium diskuteras i media är det vanligtvis i sammanhanget med polonium-210-isotopen (210Po). Denna isotop har en halveringstid på 138 dagar, så även om materialet har mycket hög radioaktivitet är det tillräckligt stabilt för att transporteras (vanligtvis från en plats med kärnreaktorer eller annan högnivå vetenskaplig utrustning).

210Po har föreslagits som ett sätt att mörda. De två mest kända misstänkta fallen var KGB-agent-vände journalisten Alexander Litvinenko 2006 och – som nämnts ovan – Yasser Arafat.

Eftersom luft reagerar med alfapartiklar måste poloniet intas (eller injiceras) ) in i mordmålet. I fallet med Litvinenko påstås att det gavs honom i en kopp te.

138-dagars halveringstid på 210Po är kort, så elementet är mycket radioaktivt. Medan den har en smältpunkt på 254 ° C är den så radioaktiv att om du skapade 1 g 210Po-bit skulle den skapa så mycket värme att den smälter själv. Vätskan tycks lysa blått på grund av växelverkan mellan alfapartiklarna och den omgivande luften.

Poloniums effekter

Toxiciteten hos radioaktiva material mäts vanligtvis i termer av den strålning som emitteras och / eller absorberas. För att jämföra med mer konventionella toxiner är den median dödliga dosen (LD50) för 210Po som vanligtvis citeras ungefär 1μg, eller en miljonedel av ett gram.

Det är en tiotusendel av dosen VX – den mest potenta nervgas.

Föroreningar behandlas på samma sätt som andra tungmetallförgiftningar, med kelatbildande medel som binder till metallen och gör det mer troligt att det utsöndras. Men när ett offer visar symtomen på 210Po-förgiftning är det troligt att effekterna är dödliga.

Typen av strålning är också en faktor för hur farligt ett material är. Strålningen som frigörs av 210Po kallas en alfapartikel.

Alfapartikeln är en heliumkärna (två protoner och två neutroner). Denna relativt stora partikel kommer inte att resa långt genom luften och stoppas av ett papper. Det drar emellertid elektroner ur andra element (joniserar dem). I sin tur är de joniserade elementen mycket reaktiva och kan genomgå reaktioner som normalt inte skulle inträffa i en människokropp.

Så till skillnad från bilden av strålningsskadande DNA och orsakar cancer, fungerar alfapartiklar mer som en normal gift men skadar många olika biologiska system snarare än att rikta in sig på en typ av molekyl.

Effekterna av poloniumförgiftning är effektivt de av akut strålningsförgiftning. Dessa inträffar inom en dag efter exponering för en stor dos av joniserande strålning. Effekterna baseras alla på skador som uppstår i kroppens snabbväxande celler:

• benmärg – en minskning av antalet blodkroppar som orsakar trötthet
• mag-tarmceller – orsakar kräkningar och illamående
• follikulära celler – orsakar håravfall.

Upptäcka polonium

På grund av poloniums höga radioaktivitet är det vanligt att upptäcka det genom att göra användning av hur det förfaller. Hastigheten (energin) för alfapartiklar som produceras av strålning är specifik för isotopen som avger dem och lämnar ett slags signatur med vilken den ursprungliga isotopen kan identifieras.

Ett vätskeprov som misstänks innehålla polonium torkas på en yta och energin hos de emitterade partiklarna mäts. Antalet partiklar med en viss energi är direkt proportionell mot mängden av den isotopen i provet.

Den korta halveringstiden gör 210Po väldigt svår att studera. Det är särskilt svårt att leta efter resterna av 210Po-kontaminering när en betydande tid har gått.

Mätning av förhållanden mellan stabila nedbrytningsprodukter av de olika isotoperna av polonium kan ge viss inblick i om förgiftning har uppstått , men detta beror på den ursprungliga sammansättningen av poloniumprovet och det är mottagligt för kontaminering.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation 2013. Läs den ursprungliga artikeln.