Bombningen av de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki av USA 1945 var den första och enda användningen av kärnvapen mot civila mål. Forskare genomförde en serie studier i efterdyningarna för att mäta effekten av nedfallet, när det gäller både stråldosen som offren utsattes för och effekterna av denna exponering på DNA och hälsa i övrigt.

Fortsatt forskning som startade på 1980-talet under ledning av fysikern Sérgio Mascarenhas vid University of São Paulo (USP) har resulterat i en artikel i tidskriften PLOS ETT beskriver en metod för exakt mätning av stråldosen som absorberas av benen hos offren för de kärnvapenbomber som fälldes över Japan.

"Vi använde en teknik som kallas elektronspinresonansspektroskopi för att utföra retrospektiv dosimetri. För närvarande, Det finns ett förnyat intresse för denna typ av metodik på grund av risken för terroristattacker i länder som USA, " sa professor Oswaldo Baffa vid universitetet i São Paulo.

"Föreställ dig att någon i New York planterar en vanlig bomb med en liten mängd radioaktivt material fast på sprängämnet. Sådana tekniker kan hjälpa till att identifiera vem som har utsatts för radioaktivt nedfall och behöver behandling."

Angela Kinoshita, en professor vid Universidade do Sagrado Coração i Bauru, delstaten São Paulo, förklarade att studien är unik såtillvida att den använde prover av mänsklig vävnad från offer för bomben som släpptes på Hiroshima.

"Det fanns allvarliga tvivel om genomförbarheten av att använda denna metod för att bestämma stråldosen som deponerats i dessa prover, på grund av de processer som är involverade i episoden, ", sa hon. "Resultaten bekräftar dess genomförbarhet och öppnar upp för olika möjligheter för framtida forskning som kan klargöra detaljer kring kärnvapenattacken."

På 1970-talet när han undervisade vid University of São Paulos São Carlos Physics Institute (IFSC-USP), Mascaren har upptäckt att röntgen- och gammastrålning gjorde mänskliga ben svagt magnetiska. Fenomenet, känd som paramagnetism, uppstår eftersom hydroxiapatiten (kristallint kalciumfosfat) i mineraldelen av benvävnaden absorberar koldioxidjoner, och när provet bestrålas, kompaniet ₂ förlorar elektroner och blir CO ₂ -. Denna fria radikal fungerar som en markör för den stråldos som materialet mottar.

"Jag upptäckte att vi kunde använda den här egenskapen för att utföra strålningsdosimetri och började använda metoden vid arkeologisk datering, ", mindes Mascaren.

Hans syfte vid den tiden var att beräkna åldern på ben som hittades i sambaquis (middens skapade av Brasiliens ursprungliga invånare som högar av skaldjursskräp, skelett av förhistoriska djur, mänskliga ben, sten- eller benredskap, och annat avfall) baserat på den naturliga strålningen som absorberats under århundraden via kontakt med element som torium som finns i sanden på stranden.

På grundval av denna forskning, han blev inbjuden att undervisa vid Harvard University i USA. Innan avresan till USA, dock, han bestämde sig för att åka till Japan för att försöka få prover på ben från offren för atombomberna och testa sin metod på dem.

"De gav mig ett käkben, och jag bestämde mig för att mäta strålningen precis där, vid Hiroshima University, " sa han. "Jag behövde bevisa experimentellt att min upptäckt var äkta."

Mascarenhas lyckades visa att en dosimetrisk signal kunde erhållas från provet trots att tekniken fortfarande var rudimentär och det inte fanns några datorer som hjälpte till att bearbeta resultaten. Forskningen presenterades vid American Physical Societys årliga marsmöte, där det gjorde ett starkt intryck. Mascarenhas tog med proverna till Brasilien, där de finns kvar.

"Det har skett stora förbättringar i instrumenteringen för att göra den mer känslig under de senaste 40 åren, " sa Baffa. "Nu, du ser digitalt bearbetade data i tabeller och grafer på datorskärmen. Grundläggande fysik har också utvecklats till den grad att du kan simulera och manipulera signalen från provet med hjälp av beräkningstekniker."

Tack vare dessa framsteg, han lade till, i den nya studien, det var möjligt att separera signalen motsvarande den stråldos som absorberades under kärnvapenattacken från den så kallade bakgrundssignalen, ett slags buller som forskare misstänker kan ha orsakats av överhettning av materialet under explosionen.

"Bakgrundssignalen är en bred linje som kan produceras av olika saker och saknar en specifik signatur, " sa Baffa. "Den dosimetriska signalen är spektral. Varje fri radikal resonerar vid en viss punkt på spektrumet när den utsätts för ett magnetfält."

Metodik

För att göra mätningarna, forskarna tog bort bitar i millimeterskala av käkbenet som användes i den tidigare studien. Proverna bestrålades återigen i laboratoriet med en teknik som kallas additivdosmetoden.

"Vi lade till strålning till materialet och mätte ökningen av den dosimetriska signalen, " förklarade Baffa. "Vi konstruerade sedan en kurva och extrapolerade från den initialdosen, när signalen förmodligen var noll. Denna kalibreringsmetod gjorde det möjligt för oss att mäta olika prover, eftersom varje ben och varje del av samma ben har olika känslighet för strålning, beroende på dess sammansättning."

Tack vare denna kombination av tekniker, de kunde mäta en dos på cirka 9,46 grays (Gy), vilket är högt i Baffas uppfattning. "Ungefär hälften av den dosen, eller 5 Gy, är dödlig om hela kroppen utsätts för det, " han sa.

Värdet var jämförbart med de doser som erhölls med andra tekniker som tillämpades på icke-biologiska prover, såsom mätning av luminescensen hos kvartskorn som finns i tegel- och takpannefragment som hittats på bombplatserna. Enligt författarna, den låg också nära resultaten av biologiska mättekniker som tillämpades i långtidsstudier med förändringar i överlevandes DNA som parameter.

"Mätningen vi fick i den här senaste studien är mer tillförlitlig och uppdaterad än det preliminära fyndet, men jag håller just nu på att utvärdera en metod som är ungefär tusen gånger känsligare än spinresonans. Vi får nyheter om några månader, Mascarenhas förutspådde.