Na de bom

Eindelijk is bepaald hoeveel neutronen de Hiroshima-bom uitstootte. Dit is van groot belang voor het kankeronderzoek.

Het raadsel van Hiroshima is opgelost. Of liever gezegd: door een ander, kleiner raadsel vervangen. Na 58 jaar is zekerheid ontstaan over de dosis neutronen die inwoners van Hiroshima op anderhalf à twee kilometer afstand van het toenmalige `ground zero' opliepen. Dankzij een nieuwe chemische scheidingsmethode en een heel gevoelige fysische detectiemethode kon van bewaard gebleven kopermonsters het gehalte aan een zeldzame, kunstmatige nikkel-isotoop worden bepaald. Daaruit is de historische bestraling met snelle neutronen af te leiden (Nature, 31 juli).

Op 6 augustus 1945, 's ochtends om 8.15 uur, bracht de Amerikaanse luchtmacht op 600 meter hoogte boven Hiroshima de uraniumbom `Little Boy' tot explosie. Drie dagen later ontplofte 503 meter boven Nagasaki de plutoniumbom `Fat Man'. Op 14 augustus maakte de Japanse keizer in een radiotoespraak bekend dat Japan de strijd opgaf.

Op de dag van de explosie en de vier maanden erna zijn in beide havensteden samen zo'n 150.000 tot 200.000 mensen aan de gevolgen gestorven. De intense hitte- en gammastraling bracht aan veel overlevenden zware verwondingen toe. Dood en verwonding samen worden de `directe effecten' van kernexplosies genoemd. In de jaren na 1945 bleek dat er ook veel `late effecten' zouden zijn. Dat was het eerst te zien aan het voorkomem van leukemie en staar, een paar jaar later ook aan het voorkomen van kanker.

Onder auspiciën van de National Research Council werd in maart 1947 de Atomic Bomb Casualty Commission (ABCC) opgericht die direct in Japan aan de slag ging. De ABCC werd volledig Amerikaans bestuurd en betaald. De commissie is in 1975 opgevolgd door de Radiation Effects Research Foundation (RERF) die een binationale leiding en betaling kent: zowel Japans als Amerikaans.

Doel van ABCC en RERF was en is zo goed mogelijk in beeld te brengen wat de relatie is tussen de late effecten van de twee (onderling zeer verschillende) kernexplosies en de individuele stralingsdoses die de overlevenden opliepen. Rond 1959 werd duidelijk dat er zo'n verband is: hoe dichter bij `ground zero' hoe groter de kans op kanker. In totaal zijn voor de studie 140.000 mensen in onderzoek genomen, inclusief de grote controlegroepen.

Het werk diende in de eerste plaats een lokaal belang: het opsporen van risicogroepen onder de `atomic bomb survivors' van Hiroshima en Nagasaki. Letterlijk van wijdere betekenis is het fundamenteel verband dat wordt gevonden tussen opgelopen dosis en de incidentie van kankers. De dosis-respons curve staat aan de basis van de stralingsnormen die door de ICRP (International Commission on Radiological Protection) worden opgesteld. De twee kernexplosies zijn het grootste experiment met `ionizerende straling' (gammastraling, neutronen) geweest waaraan de mensheid is blootgesteld. De inventarisatie van effecten en reconstructie van de doses is daarom van mondiaal belang.

tumoren

Het onderzoek naar de incidentie van kankers concentreerde zich aanvankelijk op de sterfte aan kanker, maar verschoof geleidelijk naar het opsporen van tumoren onder nog levende (ex-)bewoners van Hiroshima en Nagasaki. Het werk kreeg te lijden onder de afnemende bereidwilligheid zich te laten onderzoeken en, bizar genoeg, onder de bijdrage die de talrijke röntgen-onderzoeken zelf weer leverden aan de opgelopen dosis.

De studie is nog steeds niet voltooid omdat onder de atoombom-overlevenden nog steeds nieuwe kankers kunnen uitbreken. Ook blijven de kinderen van bestraalde ouders een belangrijke onderzoeksgroep, al zijn onder hen, opmerkelijk genoeg nauwelijks significante `effecten' gevonden. Op chromosoom- en DNA-niveau zijn wel invloeden aangetoond, maar de misvormingen waarmee anti-kernenergiegroepen nogal eens schermen zijn er nooit geweest.

De hoofdlijnen staan inmiddels wel vast, ze zijn te vinden op de site van de RERF (www.rerf.or.jp) en ook in de op internet (www.nap.edu)gepubliceerde studie `Effects of ionizing radiation Atomic Bomb Survivors and their children (1945-1995)'. Binnen een straal van 2.500 tot 3.000 meter rond `ground zero' heeft de straling het risico op kanker verhoogd. Binnen een straal van 1.000 meter waren er maar heel weinig overlevenden. Het gebied tussen 1000 en 3000 meter is daarom voor onderzoek het interessantst.

Op dit gebied concentreert zich de laatste jaren de reconstructie van de stralingsbelasting en deze heeft inmiddels een indrukwekkende geschiedenis. Eerst in 1957, toen in 1965 en later in 1986 is een officiële reconstructie opgesteld. Die van 1986 (DS86) had de laatste moeten zijn, maar inmidels is alweer DS02 verschenen.

De grootte van de doses is langs twee wegen gereconstrueerd. Aanvankelijk richtte de inspanningen zich op de reconstructie van het energetisch rendement (de `yield') van de kernexplosies en de hoogte van de explosies. Vanuit de vliegtuigen die de bommen afwierpen is geprobeerd de grootte en uitbreiding van de vuurbal te fotograferen. Ook uit de aangerichte schade is een schatting te maken van de energie die vrijkwam, daaruit herleidt men het percentage uranium of plutonium dat werkelijk is verspleten. Kernfysische overwegingen voeren dan naar de hoeveelheid gamma- en neutronenstraling die erbij moet zijn vrijgekomen. Het is een lastig karwei omdat een deel van de straling weer wordt geabsorbeerd door allerlei inerte componenten van de bom. Bovendien werd er straling geabsorbeerd door de lucht en door gebouwen en terreinoneffenheden (vooral in Nagasaki).

Het bomtype dat voor Nagasaki was gebruikt (een implosiebom met plutonium-kern) is later nog enige malen boven de woestijn van Nevada getest. Daarbij kon de stralingsabsorptie door (nagebouwde) Japanse woningen rechtstreeks worden gemeten. Voor hetzelfde doel is ook een complete, niet-afgeschermde kernreactor op een toren van 465 meter geplaatst. De bom van Hiroshima was uniek en is nooit meer opnieuw gemaakt, nog steeds is niet helemaal duidelijk hoe deze zich heeft gedragen.

De andere weg naar de reconstructie van de doses analyseert de veranderingen die de straling in de dode materie teweegbracht. Binnen een paar weken na de explosie analyseerden de Japanners zelf de hoeveelheid P (een radioactieve fosfor-isotoop) die door reactie tussen snelle neutronen en zwavel (uit elektrische isolatie) was ontstaan. Dat gaf een ruw beeld van de neutronenbelasting rond `ground zero'. De hoeveelheid gammastraling (verreweg de hoofdmoot van alle ontvangen straling) bleek te kunnen worden afgeleid uit thermoluminescentie-metingen aan het silicium uit bakstenen, tegels en dakpannen.

In latere onderzoekingen zijn steeds fijnere technieken gebruikt voor de reconstuctie van het aandeel snelle neutronen in de totale doses. Uit min of meer indirecte analyses ontstond daarbij de stellige indruk dat op zo'n 1200 meter van `ground zero' veel méér snelle neutronen moeten zijn geweest dan de explosie-analyses aannemelijk maakten. Het `neutron discrepancy problem' of het `neutron dosimetry enigma' heeft de onderzoekers bijna twee decenia beziggehouden. De nieuwe, directe metingen aan nikkelvorming uit koper hebben het raadsel opgelost. De oude, indirecte metingen zat er op raadselachtige wijze naast.

    • Karel Knip