Wie moordt er nou met traceerbaar polonium?

r. Peter Bode. Radioactief polonium-210 is moeilijk te verkrijgen en wordt zeker ontdekt. Dat wijst op een tegenstander die in staat is om aan moeilijk verkrijgbare middelen te komen.

De moord op Alexander Litvinenko houdt de gemoederen over de hele wereld flink bezig. Dat er radioactief polonium-210 is gebruikt, maakt dat er druk wordt gespeculeerd over de mogelijke daders of hun achtergrond. Polonium-210 (210Po) is niet zo eenvoudig te produceren. Wat is polonium-210 eigenlijk? Hoe exotisch is het, hoe maak je het en hoeveel heb je nodig om iemand te vermoorden? Kan dit iets zeggen over mogelijke daders?

Polonium-210 is één van de 27 radioactieve isotopen van het element polonium. Het is het voorlaatste radionuclide in de vervalreeks van uranium-238 (zie diagram), het meest voorkomende isotoop (99,3 procent) van natuurlijk uranium. Dit betekent dat polonium-210 een natuurlijk radionuclide is. Ook in ons lichaam komt het dus van nature in zeer kleine hoeveelheid voor.

Marie Curie ontdekte polonium in 1897. Ze isoleerde het uit ‘pitchblende’, een uraniumerts dat voornamelijk uit UO2 bestaat. Een hele prestatie in die tijd, zeker als je bedenkt dat een ton uranium slechts honderd microgram polonium bevat. Curie vernoemde het nieuwe element naar haar vaderland Polen. Belangrijke eigenschappen van polonium zijn onder meer dat het goed oplost in verdund zuur, en dat het gemakkelijk verdampt bij relatief lage temperatuur, waarschijnlijk omdat de uitgezonden alfadeeltjes het kristalrooster kapot maken.

Tegenwoordig wordt polonium in bescheiden hoeveelheden aangemaakt ten behoeve van allerlei gespecialiseerde industriële toepassingen. Er is dan ook een wereldvoorraad polonium-210, die voortdurend wordt aangevuld. De Russen gebruikten het wel als warmtebron in ruimtereizen. Daarnaast wordt het gebruikt in gespecialiseerde laboratoriumapparatuur, zoals isotopische neutronenbronnen, antistatische devices en, in zeer kleine hoeveelheden, als kalibratiebron voor alfaspectrometers.

Dat polonium-210 een sterk radiologisch gif is, was al lang bekend: zo wordt de dood van Curies dochter Irène in 1956 toegeschreven aan poloniumvergiftiging. Polonium-210 vervalt onder de emissie van alfadeeltjes naar stabiel lood-206. De alfadeeltjes hebben een grote energie (5,3 MeV) en zijn sterk ioniserend: ze maken elektronen los uit hun banen. Bovendien hebben de alfadeeltjes een ‘korte dracht’. Dat wil zeggen dat ze slechts korte afstanden afleggen, waarbij ze hun energie volledig afgeven in zeer kleine hoeveelheden materiaal (enige micrometers in biologisch weefsel).

Alfadeeltjes kunnen daardoor afgeschermd worden in bijvoorbeeld een verpakking van dun papier, of een plastic zakje. En omdat polonium-210 afgezien van de α-straling vrijwel geen doordringende straling uitzendt, is verpakt 210Po moeilijk te detecteren en kan het buiten het lichaam ook weinig kwaad.

Na inademing of inname zit dat anders. Het polonium verspreidt zich dan door het lichaam en wordt opgenomen in de cellen van weefsels en organen. Vanuit het bloed verdeelt 210Po zich onder andere voor 30 procent naar de lever, voor 10 procent naar de nieren, voor 5 procent naar de milt en voor 10 procent naar het beenmerg. De op die plaatsen uitgezonden alfadeeltjes zullen hun energie daar volledig afgeven. Het DNA raakt onherstelbaar beschadigd en celdood is het gevolg.

Polonium-210 is daardoor uiterst toxisch. Voor de stralingsdosis zijn van belang de halveringstijd van polonium-210 (138 dagen) en de tijd dat het in het lichaam verblijft: de biologische halveringstijd is ongeveer 50 dagen. Polonium-210 blijkt honderdmaal radiotoxischer dan cesium-137 en zelfs radiotoxischer dan plutonium-239. Op massabasis is polonium-210 zelfs 250 miljard keer toxischer dan blauwzuur.

Dodelijk is polonium-210 al in zeer geringe hoeveelheid, wat het een doeltreffend moordwapen maakt. Al na inname van slechts 0,1 microgram polonium-210 wordt de lethale effectieve stralingsdosis van 10 sievert (Sv) bereikt. Bij inname van 1 microgram wordt de dodelijke dosis bereikt in een maand tijd, bij inname van 3,5 microgram al na een week.

Alexander Litvinenko heeft waarschijnlijk een veel hogere dosis polonium-210 binnengekregen dan de dodelijke 0,1 microgram. Al enkele uren na inname lag hij in het ziekenhuis. Zijn situatie verslechterde razendsnel, en binnen drie weken was hij overleden.

De artsen die Litvinenko behandelden, dachten aanvankelijk aan vergiftiging met thallium, een bestanddeel van rattengif. Erg verwonderlijk is dat niet: veel van Litvinenko’s klinische verschijnselen kwamen overeen met indicaties die ook optreden bij thallium-intoxicatie. Uiteindelijk moeten stralingsmetingen (stralingstype en energie van de alfadeeltjes) naar polonium-210 hebben geleid.

De verdeling van het polonium in het lichaam maakt dat Litvinenko’s urine, faeces en zeer waarschijnlijk ook zijn transpiratievocht besmet moeten zijn geweest met polonium-210. Vooral dit laatste zou de reden kunnen zijn voor de radioactieve besmetting van plaatsen waar hij na inname is geweest. De radioactiviteit die in de British Airways-vliegtuigen is gemeten wijst op onzorgvuldigheid of ondeskundigheid van mogelijke daders.

Polonium-210 is niet gemakkelijk te maken. Er zijn drie belangrijke manieren om polonium-210 te verkrijgen. De eerste mogelijkheid is dat het polonium waarmee Litvinenko is vermoord is verkregen door bismuth-209 te beschieten met neutronen. Daarbij wordt bismuth-210 gevormd, en dat gaat via bètaverval over in polonium-210.

Toch lijkt het lijkt welhaast onmogelijk dat de daders achter de aanslag op Litvinenko reactorgeproduceerd 210Po hebben gebruikt dat ‘voor de gelegenheid’ is aangemaakt. Daarvoor zijn zowel de benodigde infrastructuur als de veiligheidsvoorschriften te complex en te streng. Het aantal reactoren wereldwijd waarin poloniumproductie zou kunnen plaatsvinden is beperkt (het moeten namelijk reactoren zijn met een zeer hoge neutronenflux), de benodigde bestralingsduur is relatief lang, en veel mensen zullen dan op de hoogte zijn. Ook moeten zowel de expertise als de radiologische faciliteiten beschikbaar zijn om het polonium-210 te isoleren uit het gebruikte bismuth.

Een andere mogelijkheid is dat het polonium waarmee Litvinenko werd vermoord is verkregen via de ‘oude’ methode-Curie. Daarbij wordt het polonium geïsoleerd uit natuurlijk uraniumerts, of uit een of ander mengsel van nucliden uit de vervalreeks van uranium. Maar bij nadere beschouwing is ook dat niet heel waarschijnlijk. Het isoleren van één microgram polonium-210 vraagt om zo’n tien tot vijftien kilo uraniumerts. Het is in principe mogelijk, maar vraagt zeer veel expertise. Ook de benadering waarbij het polonium wordt geïsoleerd nadat het is ontstaan uit een eerder uit de uraniumreeks geïsoleerd radionuclide (zoals radium-226 of lood-210) of een mengsel van radionucliden, vergt zeer veel expertise.

Wat overblijft is mogelijkheid nummer drie: de daders kunnen het polonium-210 hebben onttrokken uit de bestaande wereldvoorraad polonium-210. Duidelijk is wel dat de daders hun aanslag goed moesten timen. Met zijn halfwaardetijd van 138 dagen bestaat polonium-210 immers relatief kort.

Misschien is het mogelijk om het gebruikte polonium-210 te linken aan de plek waar het vandaan komt. Radionucliden kunnen ‘vingerafdrukken’ meedragen van de plaats van productie, isolatie en opzuivering. Dit kunnen bijvoorbeeld verontreinigingen zijn uit de gebruikte chemicaliën, of radioactieve verontreinigingen die een indicatie geven van de (bestralings)omstandigheden tijdens de productie, zoals bijvoorbeeld bismuth of lood-210. Het is daarom zaak om gedegen (radio)analytisch onderzoek te doen aan alle monsters die ter beschikking komen, zowel op radionucliden en productie-targetmetalen als op verontreinigingen.

Probleem hierbij is natuurlijk wel dat eventuele kortlevende radionucliden snel vervallen en dan geen (radioactief) spoor meer achterlaten. Als er uitsluitend polonium-210 kan worden teruggevonden, zal het welhaast onmogelijk zijn om de bron te traceren. Afgezien daarvan: zelfs bij volledige tracering is er geen garantie dat dit ook leidt tot de identificatie van verdachten van de moord op Litvinenko. Dat geldt zeker als het polonium is gestolen.

Vast staat wel dat deze moord een zeer bijzondere is. We mogen de mogelijkheid uitsluiten dat het idee bestond dat het gebruik van een alfa-emitter zou leiden tot een perfect crime, waarbij geen meetbare sporen worden achtergelaten. Het gebruik van polonium-210 geeft juist iets anders aan. De daders hebben de beschikking over geavanceerde middelen en blijkbaar willen ze dat laten weten ook. Is de moord daarmee ook op deze wijze een weloverwogen vertoon van macht van de daders?

Prof.dr. Bert Wolterbeek, van oorsprong bioloog, is sinds kort hoogleraar radiochemie bij de afdeling radiation, radionuclides and reactors (R3) van de faculteit Technische Natuurwetenschappen en is leider van de sectie radiation and isotopes for health (RIH).

Dr.ir. Peter Bode is universitair hoofddocent bij dezelfde afdeling en eveneens werkzaam bij de sectie RIH.

De politie doorzoekt het huis van Litvinenko. (Foto: ANP)

De moord op Alexander Litvinenko houdt de gemoederen over de hele wereld flink bezig. Dat er radioactief polonium-210 is gebruikt, maakt dat er druk wordt gespeculeerd over de mogelijke daders of hun achtergrond. Polonium-210 (210Po) is niet zo eenvoudig te produceren. Wat is polonium-210 eigenlijk? Hoe exotisch is het, hoe maak je het en hoeveel heb je nodig om iemand te vermoorden? Kan dit iets zeggen over mogelijke daders?

Polonium-210 is één van de 27 radioactieve isotopen van het element polonium. Het is het voorlaatste radionuclide in de vervalreeks van uranium-238 (zie diagram), het meest voorkomende isotoop (99,3 procent) van natuurlijk uranium. Dit betekent dat polonium-210 een natuurlijk radionuclide is. Ook in ons lichaam komt het dus van nature in zeer kleine hoeveelheid voor.

Marie Curie ontdekte polonium in 1897. Ze isoleerde het uit ‘pitchblende’, een uraniumerts dat voornamelijk uit UO2 bestaat. Een hele prestatie in die tijd, zeker als je bedenkt dat een ton uranium slechts honderd microgram polonium bevat. Curie vernoemde het nieuwe element naar haar vaderland Polen. Belangrijke eigenschappen van polonium zijn onder meer dat het goed oplost in verdund zuur, en dat het gemakkelijk verdampt bij relatief lage temperatuur, waarschijnlijk omdat de uitgezonden alfadeeltjes het kristalrooster kapot maken.

Tegenwoordig wordt polonium in bescheiden hoeveelheden aangemaakt ten behoeve van allerlei gespecialiseerde industriële toepassingen. Er is dan ook een wereldvoorraad polonium-210, die voortdurend wordt aangevuld. De Russen gebruikten het wel als warmtebron in ruimtereizen. Daarnaast wordt het gebruikt in gespecialiseerde laboratoriumapparatuur, zoals isotopische neutronenbronnen, antistatische devices en, in zeer kleine hoeveelheden, als kalibratiebron voor alfaspectrometers.

Dat polonium-210 een sterk radiologisch gif is, was al lang bekend: zo wordt de dood van Curies dochter Irène in 1956 toegeschreven aan poloniumvergiftiging. Polonium-210 vervalt onder de emissie van alfadeeltjes naar stabiel lood-206. De alfadeeltjes hebben een grote energie (5,3 MeV) en zijn sterk ioniserend: ze maken elektronen los uit hun banen. Bovendien hebben de alfadeeltjes een ‘korte dracht’. Dat wil zeggen dat ze slechts korte afstanden afleggen, waarbij ze hun energie volledig afgeven in zeer kleine hoeveelheden materiaal (enige micrometers in biologisch weefsel).

Alfadeeltjes kunnen daardoor afgeschermd worden in bijvoorbeeld een verpakking van dun papier, of een plastic zakje. En omdat polonium-210 afgezien van de α-straling vrijwel geen doordringende straling uitzendt, is verpakt 210Po moeilijk te detecteren en kan het buiten het lichaam ook weinig kwaad.

Na inademing of inname zit dat anders. Het polonium verspreidt zich dan door het lichaam en wordt opgenomen in de cellen van weefsels en organen. Vanuit het bloed verdeelt 210Po zich onder andere voor 30 procent naar de lever, voor 10 procent naar de nieren, voor 5 procent naar de milt en voor 10 procent naar het beenmerg. De op die plaatsen uitgezonden alfadeeltjes zullen hun energie daar volledig afgeven. Het DNA raakt onherstelbaar beschadigd en celdood is het gevolg.

Polonium-210 is daardoor uiterst toxisch. Voor de stralingsdosis zijn van belang de halveringstijd van polonium-210 (138 dagen) en de tijd dat het in het lichaam verblijft: de biologische halveringstijd is ongeveer 50 dagen. Polonium-210 blijkt honderdmaal radiotoxischer dan cesium-137 en zelfs radiotoxischer dan plutonium-239. Op massabasis is polonium-210 zelfs 250 miljard keer toxischer dan blauwzuur.

Dodelijk is polonium-210 al in zeer geringe hoeveelheid, wat het een doeltreffend moordwapen maakt. Al na inname van slechts 0,1 microgram polonium-210 wordt de lethale effectieve stralingsdosis van 10 sievert (Sv) bereikt. Bij inname van 1 microgram wordt de dodelijke dosis bereikt in een maand tijd, bij inname van 3,5 microgram al na een week.

Alexander Litvinenko heeft waarschijnlijk een veel hogere dosis polonium-210 binnengekregen dan de dodelijke 0,1 microgram. Al enkele uren na inname lag hij in het ziekenhuis. Zijn situatie verslechterde razendsnel, en binnen drie weken was hij overleden.

De artsen die Litvinenko behandelden, dachten aanvankelijk aan vergiftiging met thallium, een bestanddeel van rattengif. Erg verwonderlijk is dat niet: veel van Litvinenko’s klinische verschijnselen kwamen overeen met indicaties die ook optreden bij thallium-intoxicatie. Uiteindelijk moeten stralingsmetingen (stralingstype en energie van de alfadeeltjes) naar polonium-210 hebben geleid.

De verdeling van het polonium in het lichaam maakt dat Litvinenko’s urine, faeces en zeer waarschijnlijk ook zijn transpiratievocht besmet moeten zijn geweest met polonium-210. Vooral dit laatste zou de reden kunnen zijn voor de radioactieve besmetting van plaatsen waar hij na inname is geweest. De radioactiviteit die in de British Airways-vliegtuigen is gemeten wijst op onzorgvuldigheid of ondeskundigheid van mogelijke daders.

Polonium-210 is niet gemakkelijk te maken. Er zijn drie belangrijke manieren om polonium-210 te verkrijgen. De eerste mogelijkheid is dat het polonium waarmee Litvinenko is vermoord is verkregen door bismuth-209 te beschieten met neutronen. Daarbij wordt bismuth-210 gevormd, en dat gaat via bètaverval over in polonium-210.

Toch lijkt het lijkt welhaast onmogelijk dat de daders achter de aanslag op Litvinenko reactorgeproduceerd 210Po hebben gebruikt dat ‘voor de gelegenheid’ is aangemaakt. Daarvoor zijn zowel de benodigde infrastructuur als de veiligheidsvoorschriften te complex en te streng. Het aantal reactoren wereldwijd waarin poloniumproductie zou kunnen plaatsvinden is beperkt (het moeten namelijk reactoren zijn met een zeer hoge neutronenflux), de benodigde bestralingsduur is relatief lang, en veel mensen zullen dan op de hoogte zijn. Ook moeten zowel de expertise als de radiologische faciliteiten beschikbaar zijn om het polonium-210 te isoleren uit het gebruikte bismuth.

Een andere mogelijkheid is dat het polonium waarmee Litvinenko werd vermoord is verkregen via de ‘oude’ methode-Curie. Daarbij wordt het polonium geïsoleerd uit natuurlijk uraniumerts, of uit een of ander mengsel van nucliden uit de vervalreeks van uranium. Maar bij nadere beschouwing is ook dat niet heel waarschijnlijk. Het isoleren van één microgram polonium-210 vraagt om zo’n tien tot vijftien kilo uraniumerts. Het is in principe mogelijk, maar vraagt zeer veel expertise. Ook de benadering waarbij het polonium wordt geïsoleerd nadat het is ontstaan uit een eerder uit de uraniumreeks geïsoleerd radionuclide (zoals radium-226 of lood-210) of een mengsel van radionucliden, vergt zeer veel expertise.

Wat overblijft is mogelijkheid nummer drie: de daders kunnen het polonium-210 hebben onttrokken uit de bestaande wereldvoorraad polonium-210. Duidelijk is wel dat de daders hun aanslag goed moesten timen. Met zijn halfwaardetijd van 138 dagen bestaat polonium-210 immers relatief kort.

Misschien is het mogelijk om het gebruikte polonium-210 te linken aan de plek waar het vandaan komt. Radionucliden kunnen ‘vingerafdrukken’ meedragen van de plaats van productie, isolatie en opzuivering. Dit kunnen bijvoorbeeld verontreinigingen zijn uit de gebruikte chemicaliën, of radioactieve verontreinigingen die een indicatie geven van de (bestralings)omstandigheden tijdens de productie, zoals bijvoorbeeld bismuth of lood-210. Het is daarom zaak om gedegen (radio)analytisch onderzoek te doen aan alle monsters die ter beschikking komen, zowel op radionucliden en productie-targetmetalen als op verontreinigingen.

Probleem hierbij is natuurlijk wel dat eventuele kortlevende radionucliden snel vervallen en dan geen (radioactief) spoor meer achterlaten. Als er uitsluitend polonium-210 kan worden teruggevonden, zal het welhaast onmogelijk zijn om de bron te traceren. Afgezien daarvan: zelfs bij volledige tracering is er geen garantie dat dit ook leidt tot de identificatie van verdachten van de moord op Litvinenko. Dat geldt zeker als het polonium is gestolen.

Vast staat wel dat deze moord een zeer bijzondere is. We mogen de mogelijkheid uitsluiten dat het idee bestond dat het gebruik van een alfa-emitter zou leiden tot een perfect crime, waarbij geen meetbare sporen worden achtergelaten. Het gebruik van polonium-210 geeft juist iets anders aan. De daders hebben de beschikking over geavanceerde middelen en blijkbaar willen ze dat laten weten ook. Is de moord daarmee ook op deze wijze een weloverwogen vertoon van macht van de daders?

Prof.dr. Bert Wolterbeek, van oorsprong bioloog, is sinds kort hoogleraar radiochemie bij de afdeling radiation, radionuclides and reactors (R3) van de faculteit Technische Natuurwetenschappen en is leider van de sectie radiation and isotopes for health (RIH).

Dr.ir. Peter Bode is universitair hoofddocent bij dezelfde afdeling en eveneens werkzaam bij de sectie RIH.

De politie doorzoekt het huis van Litvinenko. (Foto: ANP)