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How war debris could cause cancer
A Could the mystery over how depleted uranium might cause genetic damage be closer to
being solved? It may be, if a controversial claim by two researchers is right. They say that
minute quantities of the material lodged in the body may kick out energetic electrons that mimic
the effect of beta radiation. This, they argue, could explain how residues of depleted uranium
scattered across former war zones could be increasing the risk of cancers and other problems
among soldiers and local people.
B Depleted uranium is highly valued by the military, who use it in the tips of armour​piercing
weapons. The material’s high density and self-sharpening properties help it to penetrate the
armour of enemy tanks and bunkers. Its use in conflicts has risen sharply in recent years. The
UN Environment Programme (UNEP) estimates that shells containing 1700 tonnes of the
material were fired during the 2003 Iraq war. Some researchers and campaigners are
convinced that depleted uranium left in the people exposed to it. Governments and the military
disagree, and point out that there is no conclusive epidemiological evidence for this. And while
they acknowledge that the material is weakly radioactive, they say this effect is too small to
explain the genetic damage at the levels seen in war veterans and civilians.
C Organisations such as the UK’s Royal Society, the US Department of Veterans Affairs and
UNEP have called for more comprehensive epidemiological studies to clarify the link between
depleted uranium and any ill effects. Meanwhile, various test​tube and animal studies have
suggested that depleted uranium may increase the risk of cancer, according to a review of the
scientific literature published in May 2008 by the US National Research Council. The authors of
the NRC report argue that more long-term and quantitative research is needed on the effects of
uranium’s chemical toxicity. They say the science seems to support the theory that genetic
damage might be occurring because uranium’s chemical toxicity and weak radioactivity could
somehow reinforce each other, though no one knows what the mechanism for this might be.
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D Now two researchers, Chris Busby and Ewald Schnug, have a new theory that they say
explains how depleted uranium could cause genetic damage. Their theory invokes a well-
known process called the photoelectric effect. This is the main mechanism by which gamma
photons with energies of about 100 kiloelectronvolts (keV) or less are blocked by matter: the
photon transfers its energy to an electron in the atom’s electron cloud, which is ejected into the
surroundings.
An atom’s ability to stop photons by this mechanism depends on the fourth power of its atomic
number - the number of protons in its nucleus - so heavy elements are far better at intercepting
gamma radiation and X-rays than light elements. This means that uranium could be especially
effective at capturing photons and kicking out damaging photoelectrons: with an atomic
number of 92, uranium blocks low-energy gamma photons over 450 times as effectively as the
lighter element calcium, for instance.
E Busby and Schnug say that previous risk models have ignored this well-established physical
effect. They claim that depleted uranium could be kicking out photoelectrons in the body’s most
vulnerable spots. Various studies have shown that dissolved uranium - ingested in food or
water, for example - is liable to attach to DNA strands within cells, because uranium binds
strongly to DNA phosphate. “Photoelectrons from uranium are therefore likely to be emitted
precisely where they will cause most damage to genetic material,” says Busby.
Busby and Schnug base their claim on calculations of the photoelectrons that would be
produced by the interation between normal background levels of gamma radiation and uranium
in the body. “Our detailed calculations indicate that the phantom photoelectrons are the
predominant effect by far for uranium genome toxicity, and that uranium could be 1500 times
as powerful as an emitter of photoelectrons than as an alpha emitter.” Their computer
modelling results are described in a peer-reviewed paper to be published in this month by the
IPNSS in a book called Loads and Fate of Fertiliser Derived Uranium.
G Hans-Georg Menzel, who chairs the International Commission on Radiological Protection’s
committee on radiation doses, acknowledges that the theory should be considered, but he
doubts that it will prove significant. He suspects that under normal background radiation the
effect is too weak to inflict many of the “double hits” of energy that are known to be most
damaging to cells. “It is very unlikely that individual cells would be subject to two or more
closely spaced photoelectron impacts under normal background gamma irradiation,” he says.
Despite his doubts, Menzel raised the issue last week with his committee in St Petersburg,
Russia, and says that several colleagues “intended to collect relevant data and perform
calculations to check whether there was any possibility of a real effect in living tissues”.
Organisations in the UK, including the Ministry of Defence and the Health Protection Agency,
say they have no plans to investigate Busby’s hypothesis.
H Radiation biophysicist Mark Hill of the University of Oxford would like to see a fuller
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investigation, though he suggests this might show that the photoelectric effect is not as
powerful as Busby claims. “We really need more detailed calculations and dose estimates for
realistic situations with and without uranium present,” he says. Hill’s doubts centre on an effect
called Compton scattering, which he believes needs to be factored into any calculations. With
Compton scattering, uranium is only 4.5 times as effective as calcium at stopping gamma
photons, so Hill says that taking it into account would reduce the relative importance of
uranium as an emitter of secondary electrons. If he is right, this would dilute the mechanism
proposed by Busby and Schnug.
I The arguments over depleted uranium are likely to continue, whatever the outcome of these
experiments. Whether Busby’s theory holds up or not remains to be seen, but investigating it
can only help to clear up some of the doubts about this mysterious substance.