Le bombardement des villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki par les États-Unis en 1945 a été la première et la seule utilisation d'armes nucléaires contre des cibles civiles. Les chercheurs ont mené une série d'études dans la foulée pour mesurer l'impact des retombées, en termes à la fois de la dose de rayonnement à laquelle les victimes ont été exposées et des effets de cette exposition sur l'ADN et la santé en général.

La poursuite des recherches qui ont commencé dans les années 1980 sous la direction du physicien Sérgio Mascarenhas à l'Université de São Paulo (USP) a abouti à un article dans la revue PLOS UN décrivant une méthode de mesure précise de la dose de rayonnement absorbée par les os des victimes des bombes nucléaires larguées sur le Japon.

"Nous avons utilisé une technique connue sous le nom de spectroscopie par résonance de spin électronique pour effectuer une dosimétrie rétrospective. Actuellement, il y a un regain d'intérêt pour ce genre de méthodologie en raison du risque d'attentats terroristes dans des pays comme les États-Unis, " a déclaré le professeur Oswaldo Baffa de l'Université de São Paulo.

"Imaginez quelqu'un à New York plantant une bombe ordinaire avec une petite quantité de matière radioactive collée à l'explosif. Des techniques comme celle-ci peuvent aider à identifier qui a été exposé à des retombées radioactives et a besoin d'un traitement."

Angèle Kinoshita, professeur à l'Universidade do Sagrado Coração à Bauru, État de São Paulo, a expliqué que l'étude est unique dans la mesure où elle a utilisé des échantillons de tissus humains provenant de victimes de la bombe larguée sur Hiroshima.

"Il y avait de sérieux doutes sur la faisabilité d'utiliser cette méthodologie pour déterminer la dose de rayonnement déposée dans ces échantillons, en raison des processus impliqués dans l'épisode, ", a-t-elle déclaré. "Les résultats confirment sa faisabilité et ouvrent diverses possibilités de recherches futures qui pourraient clarifier les détails de l'attaque nucléaire."

Dans les années 1970, lorsqu'il enseignait à l'Institut de physique de São Carlos de l'Université de São Paulo (IFSC-USP), Mascarenhas a découvert que l'irradiation aux rayons X et gamma rendait les os humains faiblement magnétiques. Le phénomène, connu sous le nom de paramagnétisme, se produit parce que l'hydroxyapatite (phosphate de calcium cristallin) dans la partie minérale du tissu osseux absorbe les ions de dioxyde de carbone, et lorsque l'échantillon est irradié, le CO 2 perd des électrons et devient CO 2 -. Ce radical libre sert de marqueur de la dose de rayonnement reçue par le matériau.

"J'ai découvert que nous pouvions utiliser cette propriété pour effectuer une dosimétrie des rayonnements et j'ai commencé à utiliser la méthode de datation archéologique, " se souvient Mascarenhas.

Son objectif à l'époque était de calculer l'âge des ossements trouvés dans les sambaquis (tertres créés par les premiers habitants du Brésil sous forme de monticules de débris de coquillages, squelettes d'animaux préhistoriques, ossements humains, ustensiles en pierre ou en os, et autres déchets) sur la base du rayonnement naturel absorbé au cours des siècles par le contact avec des éléments tels que le thorium qui sont présents dans le sable du littoral.

Fort de cette recherche, il a été invité à enseigner à l'Université Harvard aux États-Unis. Avant de partir pour les USA, cependant, il a décidé d'aller au Japon pour essayer d'obtenir des échantillons d'os de victimes des bombes nucléaires et de tester sa méthode sur eux.

"Ils m'ont donné une mâchoire, et j'ai décidé de mesurer le rayonnement juste là, à l'université d'Hiroshima, " dit-il. " J'avais besoin de prouver expérimentalement que ma découverte était authentique. "

Mascarenhas a réussi à démontrer qu'un signal dosimétrique pouvait être obtenu à partir de l'échantillon même si la technologie était encore rudimentaire et qu'il n'y avait pas d'ordinateurs pour aider à traiter les résultats. La recherche a été présentée à la réunion annuelle de mars de l'American Physical Society, où il a fait forte impression. Mascarenhas a apporté les échantillons au Brésil, où ils restent.

« Il y a eu des améliorations majeures dans l'instrumentation pour la rendre plus sensible au cours des 40 dernières années, " dit Baffa. " Maintenant, vous voyez des données traitées numériquement dans des tableaux et des graphiques sur l'écran de l'ordinateur. La physique de base a également évolué dans la mesure où vous pouvez simuler et manipuler le signal de l'échantillon à l'aide de techniques de calcul."

Grâce à ces avancées, il ajouta, dans la nouvelle étude, il a été possible de séparer le signal correspondant à la dose de rayonnement absorbée lors de l'attaque nucléaire du signal dit de fond, une sorte de bruit que les scientifiques soupçonnent d'avoir résulté de la surchauffe du matériau lors de l'explosion.

« Le signal de fond est une ligne large qui peut être produite par différentes choses et qui n'a pas de signature spécifique, " dit Baffa. " Le signal dosimétrique est spectral. Chaque radical libre résonne à un certain point du spectre lorsqu'il est exposé à un champ magnétique."

Méthodologie

Pour faire les mesures, les chercheurs ont retiré des morceaux à l'échelle millimétrique de la mâchoire utilisés dans l'étude précédente. Les échantillons ont à nouveau été irradiés en laboratoire à l'aide d'une technique appelée méthode de la dose additive.

"Nous avons ajouté du rayonnement au matériau et mesuré la montée du signal dosimétrique, " expliqua Baffa. " Nous avons ensuite construit une courbe et en avons extrapolé la dose initiale, lorsque le signal était vraisemblablement nul. Cette méthode d'étalonnage nous a permis de mesurer différents échantillons, comme chaque os et chaque partie d'un même os ont une sensibilité différente aux radiations, selon sa composition."

Grâce à cette combinaison de techniques, ils ont pu mesurer une dose d'environ 9,46 grays (Gy), ce qui est élevé aux yeux de Baffa. "Environ la moitié de cette dose, ou 5 Gy, est fatale si tout le corps y est exposé, " il a dit.

La valeur était comparable aux doses obtenues par d'autres techniques appliquées à des échantillons non biologiques, telles que la mesure de la luminescence des grains de quartz présents dans les fragments de briques et de tuiles trouvés sur les sites de bombes. Selon les auteurs, il était également proche des résultats des techniques de mesure biologique appliquées dans des études à long terme utilisant des altérations de l'ADN des survivants comme paramètre.

"La mesure que nous avons obtenue dans cette dernière étude est plus fiable et à jour que le résultat préliminaire, mais j'évalue actuellement une méthodologie qui est environ mille fois plus sensible que la résonance de spin. Nous aurons des nouvelles dans quelques mois, " a prédit Mascarenhas.