Zur Navigation Zum Artikel

Wenn Sie sich diesen Artikel vorlesen lassen wollen benutzen Sie den Accesskey + v, zum beenden können Sie den Accesskey + z benutzen.

11. August 2012

Die Uran-Spürnasen

Mit einem neuen Gerät können Forscher im Staub besser nach Hinweisen auf Nuklearanlagen suchen / .

  1. Auge eines Mannes, der vor einem Computerbildschirm sitzt, spiegelt sich ein Logo für Radioaktivität in Kaufbeuren Foto: Verwendung weltweit, usage worldwide

  2. SIMS-Entwickler Magnus Hedberg (rechts) stellt Kollegen das neue Gerät vor. Foto: Martin Schäfer

Wenn Menschen werkeln, hinterlassen sie Staub – das gilt für die häusliche Wohnung genauso wie für Getreidemühle und Zementfabrik oder gar Nuklearanlagen. Bei Letzteren sind es feinst verteilte Spuren des Materials Uran, die sich in Büros, Labors und Hallen nuklearer Betriebe häufiger finden als anderswo. Und auf diese Spuren haben es die Inspektoren der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEA) in Wien abgesehen. Die Inspektoren machen ihre Kontrollgänge durch alle nuklearen Anlagen der Welt, studieren die Bücher, berechnen die Stoffströme des spaltbaren Materials, lassen sich Substanzen zeigen und nehmen auch selbst Proben mit, etwa eine Wischprobe Staub.

Der Finne Olli Heinonen kann da viele Detektivgeschichten erzählen, wie er als ehemaliger Chefkontrolleur der IAEA in den letzten Jahrzehnten aus den vielen Indizien ein schlüssiges Bild der Vorgänge in den Nuklearanlagen von Staaten wie Irak, Iran, Nordkorea oder Syrien zusammenpuzzelte.

1991 kaufte er mangels brauchbarer Utensilien nur rasch vor dem Kontrollgang in den Irak eine Packung Taschentücher in einem Wiener Lebensmittelladen für die Wischprobe. Später zog er auf abenteuerliche Weise Uranproben an einer Angelschnur in einer nordkoreanischen Anlage.

Werbung


Eine Angelschnur überführte Nordkoreas Bombenbastler

Die Wissenschaftler der IAEA simulierten die Abläufe in der Nuklearanlage, glichen die Ergebnisse mit den Proben ab und fanden heraus, dass Nordkorea einige Gramm bis Kilogramm Plutonium den Inspektoren verheimlicht hat, mitunter für unbekannte Zwecke abgezweigt hat. Die Angelegenheit brachte die IAEA alsdann vor den Sicherheitsrat der Vereinten Nationen.

Dass die Uranproben und Staubpartikel so aussagekräfig in Sachen nuklearer Kontrolle sind, verdanken die Inspektoren einer ausgefeilten Analysetechnik. "Wir können den Proben ansehen, woher sie kommen, wie das Material verarbeitet wurde und welches sein mutmaßlicher Zweck ist", erklärt Thomas Fanghänel, Leiter des Instituts für Transurane (ITU) in Karlsruhe. Das ITU ist eine Forschungsstelle der Europäischen Union und unterstützt die Mitgliedsländer in Wissenschaft und Forschung spaltbaren Materials – daher der Name Transurane.

Das ITU ist Referenzlabor der IAEA. Die in Plastikfolie eingeschweißten weißen Wischtücher landen auch auf dem Schreibtisch von Magnus Hedberg. In den vergangenen Monaten hat der Forscher am ITU ein ganz neues Analysewerkzeug in den abgeschirmten Labors des ITU aufgebaut. Das spezielle Sekundärionenmassenspektrometer (SIMS) erlaubt es, die Uran-Staubpartikel noch genauer zu untersuchen. Vor kurzem ging die 3,5 Millionen Euro teure Maschine in Betrieb.

Das Gerät bringt genaue Daten zum sogenannten Isotopenverhältnis des Urans im Staubpartikel – also die Zusammensetzung aus unterschiedlichen Uransorten, die sich in der Zahl der Kernbausteine unterscheiden. In der Natur kommt Uran zu rund 99,3 Prozent mit 238 Kernbausteinen vor (92 Protonen, 146 Neutronen) und zu knapp 0,7 Prozent mit 235 Kernbausteinen (92 Protonen, 143 Neutronen). In technisch verarbeiteten Uranproben ist dieses Verhältnis verändert: Als Kernbrennstoff liegt der Uran-235-Anteil bei rund fünf Prozent, in Forschungsreaktoren deutlich höher, als waffentaugliches Material muss es auf über 90 Prozent angereichert werden.

Bei der Verarbeitung ändert sich jedoch auch die Häufigkeit weiterer Uranisotope mit 234 und 236 Kernbausteinen. "Das Uran-236 kommt beispielsweise in der Natur gar nicht vor", erklärt Fanghänel. Und der Anteil von Uran-234 verändert sich bei Anreicherungsprozessen. Aus der Analyse der Isotopenverhältnisse können die Forscher also ziemlich genau nachvollziehen, welche Geschichte so ein Staubkörnchen hinter sich hat.

Zunächst saugt Hedberg den Staub vom Wischtuch ab und fängt ihn auf einer zwei Euro großen Graphitschicht auf. Die festklebenden Partikel bombardiert er mit geladenen Sauerstoffteilchen, die aus dem Staubkorn geladene Atome heraushauen. Da die schweren Uranteilchen auf anderen Wegen durch das Magnetfeld des Analysators flitzen als Silizium, Aluminium oder Calcium, kann Hedberg grob abschätzen, welche der Millionen Staubteilchen Uran enthalten. Sodann fokussiert er das Sauerstoffbombardement auf die Uranpartikel und kann die unterschiedlichen Isotope anhand ihrer Massen von 234 bis 238 Kernbausteinen trennen.

"Früher haben diese Analysen Wochen gedauert. Jetzt haben wir über Nacht das Ergebnis", sagt Gabriele Voigt, die als Laborleiterin der IAEA eine ähnliche Anlage betreibt.

IAEA

Die Internationale Atomenergie-Organisation (International Atomic Energy Agency, IAEA) wurde 1957 gegründet, um die zivile Anwendung der Kernenergie zu fördern, vor allem aber die Einhaltung des Atomwaffensperrvertrages zu überwachen. Dazu bedient sich die IAEA neben Satellitenkameras auch Inspektoren, die die Atomanlagen überprüfen. Die IAEA ist eine autonome wissenschaftlich-technische Organisation, die mit der UNO durch ein separates Abkommen verbunden ist.  

Autor: BZ

Autor: Martin Schäfer