Lang werd gedacht dat de kleine deeltjes die radioactieve atoomkernen uitzenden, het voornaamste gevaar vormen. Italiaanse fysici toonden aan dat de terugslag van het deeltje op de rest van de atoomkern veel verwoestender werkt.
Thorium: de langzame sluipmoordenaar
Thorium leek zo onschuldig. Niet giftig en nauwelijks radioactief. De gevolgen waren rampzalig.
Thorium is een zilverachtig, radioactief metaal dat erg goed röntgenstraling absorbeert. In de tijd dat de eerste röntgenfoto’s werden gemaakt, injecteerden doktoren routinematig met thorium-232 dioxide. In de dertiger en veertiger jaren ontvingen zo’n twee tot tien miljoen mensen deze injecties.
Het voordeel van thorium dioxide, of Thorotrast zoals het werd genoemd, is dat het niet onmiddellijk giftig is. Ook is thorium niet erg radioactief: de halfwaardetijd is 14 miljard jaar. Sinds het ontstaan van de aarde is misschien maar een achtste deel van het thorium uiteengevallen.
De lange-termijn gevolgen van de thoriuminjecties bleken echter uitermate akelig. Om te beginnen duurt het ongeveer 22 jaar voordat de helft van alle thorium het lichaam verlaten heeft.
Verder valt thorium, als het eenmaal vervalt, ook in sneltreinvaart uit elkaar. Vier van de vijf tussenproducten vallen in seconden tot hooguit enkele uren uit elkaar. Bij elk verval wordt een alfadeeltje, een heliumkern, uitgestoten. Thorotrast bleek daarom sterk kankerverwekkend, maar dan gemeten over een tijd van decennia. Geen wonder dus dat er naar andere middelen werd gezocht en het middel in de vijftiger jaren verdween.
Zolang het metaal niet of nauwelijks in je lichaam terecht komt is er overigens weinig aan de hand. Er werden enkele grammen bij de patiënten geïnjecteerd. Dat is toxicologisch gezien een enorme hoeveelheid. De gevolgen waren er dan ook naar: een enkele injectie met thorium verkortte de levensverwachting van Duitse patiënten met veertien jaar. Leukemie kwam twintig keer vaker voor bij patiënten, leverkanker zelfs honderd keer vaker.
Alfaverval. Een radioactieve atoomkern stoomt een heliumatoomkern uit. Hier komt het meeste helium op aarde vandaan.
Op hol geslagen kernen gevaarlijker dan alfadeeltjes
Maar hoe verwekken alfadeeltjes schade? Zoals bekend zijn alfadeeltjes in feite helium-4 kernen. Helium is het enige element waarbij het geen enkele wetenschapper ooit gelukt is om het ooit een chemische binding of reactie te laten ondergaan. Kortom: vrij onschadelijk dus. Toch weten we dat thorium desondanks veel kanker veroorzaakt door het beschadigen van bijvoorbeeld DNA .
Evandro Lodi Rizzini en zijn collega’s van de universiteit van het Italiaanse Brescia denken dat natuurkundigen een mechanisme over het hoofd hebben gezien dat nog veel meer schade kan aanrichten. Als een radioactieve kern een alfadeeltje uitstoot, krijgt ook de zware overgebleven kern een stevige dreun. Weliswaar heeft de overgebleven kern een veel kleinere snelheid en energie dan het alfadeeltje, maar het alfadeeltje botst tegen honderden moleculen, waardoor het de energie gelijkmatig afgeeft. De overgebleven kern niet: deze reist misschien maar duizend atomen ver.
Volgens de berekeningen van de Italianen heeft deze overgebleven kern een energie van enkele procenten van die van het alfadeeltje, maar wordt deze energie geconcentreerd op een kleine plek. Volgens het Italiaanse team is de hoeveelheid energie op deze kleine plek zelfs rond de honderd maal groter dan het alfadeeltje zelf. Mogelijk leidt dit tot nieuwe behandelmethodes om de schade door alfastralers te beperken. Een logisch idee lijkt het slikken van anti-oxidanten die voorkomen dat beschadigde molecuulresten als sloopkogels gaan werken.
Het was een van de ontdekkingen die in 2010 natuurkundigen flink hoofdpijn bezorgden. Efraim Fischbach, onderzoeker aan Purdue Universiteit ontdekte op toevallige wijze iets wat tot nu toe door natuurkundigen als ketterij werd beschouwd: de radioactieve vervalsnelheid is niet altijd constant.
Uit onderzoek blijkt namelijk dat bepaalde radioactieve isotopen (silicium-32 en radium-226, het getal achter het streepje geeft het totale aantal kerndeeltjes aan) in de winter tienden van procenten sneller uit elkaar vallen dan in de zomer, m.a.w. hun halfwaardetijd in de winter is korter dan in de zomer. Fischbach verklaart dat uit de kleinere afstand tot de zon in de noordelijke winter (147 miljoen kilometer vergeleken met 152 in de noordelijke zomer waardoor naar schatting 3% meer zonneneutrino’s de aarde raken in januari dan in juli).
Volgens de bestaande natuurkundige theorieën beïnvloeden neutrino’s de genoemde reacties niet. Alleen de kans dat een atoomkern uit elkaar valt is bekend. Dit wordt de halfwaardetijd genoemd: de tijd waarin de helft van de atoomkernen uit elkaar gevallen is. Na twee keer de halfwaardetijd is driekwart uit elkaar gevallen enzovoort. Van zeer radioactieve stoffen is de halfwaardetijd een fractie van een seconde, van de vrij stabiele isotopen uranium-238 en thorium-232 bedraagt deze miljarden jaren.
Zonnevlammen na dalen radioactiviteit
Dertien december 2006 werd een tweede aanwijzing gevonden toen de vervalsnelheid van de kortlevende isotoop mangaan-54 anderhalve dag voor het begin van een zonnevlam tot tijdens de zonnevlam, met tienden van procenten daalde. Het effect bleek onafhankelijk van de stand van de zon.
De zonnevlam van vijf december 2006 was buitengewoon fel en spectaculair.
Een kilometer onder de Italiaanse granietberg Gran Sasso vindt het donkere-materie detectie-experiment DAMA plaats. In honderd kilo natrium-titaanjodide, een zout, wordt het aantal radioactieve reacties gemeten. Hier bleek in januari het aantal radioactieve reacties lager te liggen dan in juni. Wat zorgt er voor dat de hoeveelheid radioactieve reacties in de zomer hoger is dan in de winter?
Donkere materie
Volgens de meeste astronomen hangt er een onzichtbare halo donkere materie rond het melkwegstelsel. Deze halo bevat veel meer massa dan de zichtbare materie en verklaart waarom sterren vlak bij het galactisch centrum nauwelijks sneller ronddraaien dan sterren verder van het centrum.
De zon draait in ongeveer 225-250 miljoen jaar rond de kern van de melkweg. Op dit moment beweegt de zon met 220 km/s in de richting van de ster Wega in het sterrenbeeld Hercules. De omloopbaan van de aarde maakt een hoek van rond de zestig graden met de omloopbaan van de zon rond de melkweg. In juni beweegt de aarde het meest in de richting van Wega en veegt dan de meeste donkere materie op. In januari beweegt de aarde juist het meest tegen de beweging van de zon in waardoor minder donkere materie wordt geschept.
Vermindert donkere materie bepaalde vormen van radioactiviteit?
Het is niet logisch dat een kortere afstand tot de zon leidt tot een verhoogde radioactiviteit. Dit is ook ontkracht door metingen aan de plutoniumreactor aan boord van de ruimtesonde Cassini die nu Saturnus fotografeert: de radioactiviteit bleek niet verminderd ook op grote afstand van de zon. De correlatie met DAMA spreekt echter een heel andere taal. Toevallig stemmen de punten waarop de aarde maximaal tegen de galactische draairichting in beweegt en de zon het dichtst nadert, redelijk nauwkeurig overeen.
Volgens sommige modellen is donkere materie oneffen verdeeld. Het is mogelijk dat een zeer snel bewegende wolk donkere materie van enkele astronomische eenheden groot zorgde voor zowel magnetische explosies op de zon (door thermonucleaire reacties in de fotosfeer te verstoren) als een vermindering van de radioactiviteit op aarde.
