Krypton-85 zur Entdeckung von Plutoniumproduktion

Die Atom Trap Trace Analysis (ATTA)-Gruppe des ZNF beschäftigt sich damit, eine Methode zur Entdeckung von geheimer Plutoniumproduktion zu entwickeln und deren Funktionsfähigkeit nachzuweisen. Die Methode basiert auf einer experimentellen Ultraspurenanalyse mittels einer magneto-optischen Falle, die mit meteorologischen Methoden gekoppelt den Quellort eines Spurenisotops, Krypton-85, auffindbar machen soll. Krypton-85 ist ein Spaltprodukt, das bei der Erbrütung von Plutonium produziert wird und dessen natürliche Quellen um Größenordnungen kleiner sind als die anthropogene Produktion.

Eines der größten Probleme, die den Nichtverbreitungsvertrag (NVV) betreffen, ist die Aufdeckung geheimer Aktivitäten zur Gewinnung von Spaltmaterial für nicht zivile Projekte. Der Nichtverbreitungsvertrag erlaubt jedem Mitglied, sich zivile Nuklearkapazitäten aufzubauen und fördert dies ausdrücklich. Eine ausgedehnte Suche nach geheimen Aktivitäten war nicht vorgesehen, und deren Fehlen wurde erst durch die Entdeckung des Irakischen Programms zur Entwicklung von Kernwaffen schmerzlich erkennbar. Die politische Lösung besteht im Zusatzprotokoll zum NVV, das der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO) Mittel an die Hand gibt, geheime Aktivitäten zu entdecken. Unser Ziel ist es dafür ein physikalisches Verfahren zu entwickeln.

Zusammen mit Meteorologen der Universität wurden Überlegungen angestellt, welche Messungen zur Validierung meteorologischer Modelle gemacht werden müssten. Diese mündeten in der Entwicklung eines spezifischen Probenahmeapparats, der in drei Stundenintervallen parallel zu der vom ZNF in Kooperation mit dem Bundesamt für Strahlenschutz betriebenen nördlichen Messstelle für Krypton-85 mit Wochenrhythmus-Luftproben nehmen soll. Diese sollen dann, für den Fall eines erhöhten Krypton-85 Gehaltes in der Wochenprobe, mittels ATTA ausgemessen werden, um eine gute Datenbasis für die präzise Lokalisierung einer möglichen Quelle zu erhalten. Darüber hinaus wurden mit der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien (ZMAG) erste Simulationen zur möglichen Entdeckbarkeit unbekannter Quellen durchgeführt.

In Kooperation mit europäischen und amerikanischen Geowissenschaftlern wurde eine Anlage zur automatisierten Abtrennung von Krypton aus Luftproben mit einem Volumen von bis zu 5 Liter Luft geplant. Die Anlage wurde so ausgelegt, dass sie bei Bedarf auch für die Aufbereitung von Gasproben, die nicht aus der Luft sondern aus Grundwasser stammen, erweitert werden kann. Dies ist wichtig, da für die Geowissenschaftler das Krypton-81, welches ebenfalls mit ATTA vermessen werden kann, für die Datierung abgeschlossene Systeme auf einer Zeitskala von einer Million Jahren von Interesse ist.

Parallel zu diesen Aktivitäten wurde die Arbeit am eigentlichen ATTA-Experiment weiter vorangetrieben und vollendet. Nachdem 2011 der Durchbruch bei der Entwicklung spezifischer Vakuum-UVLampen vermeldet werden konnte, wurden diese nun in den Aufbau des Experiments integriert. Erste Versuche zeigen, dass der Aufbau so funktioniert, wie man es erwartet hat, so dass nun mit der Endjustage und den ersten Versuchen mit stabilen Kryptonisotopen begonnen wurde. Sobald diese erfolgreich abgeschlossen sind, kann die Apparatur auf die seltenen Kryptonisotope umgestellt und können erste Eichmessungen durchgeführt werden. Vorraussichtlich wird die Abtrennung des Kryptons aus Luftproben im kommenden Jahr aufgebaut werden, so dass dann ein kompletter Apparat für die Traceruntersuchung zur Verfügung steht. Da die reine Verfügbarkeit einer Messapparatur nicht zwingend genügt, um die IAEO davon zu überzeugen, dass die Methode eine praktikable Technologie für Safeguards darstellt, sind weitere Schritte erforderlich, um ihren Wert zu dokumentieren

Neben den meteorologischen Untersuchungen, die aktuell durchgeführt werden, um die Quell-Rezeptor-Verbindung besser zu verstehen, müssen auch die politischen und juristischen Auswirkungen von Messungen und möglichen Entdeckungen näher beleuchtet werden. Dies sollte auch die Möglichkeit mit einschließen, dass Messungen des ZNF tatsächlich auf eine unbekannte Quelle hindeuten.