Vom Unilabor zur Atombombe? Wie weit internationale Nuklearkontrollen greifen

Ein Universitätslabor, in dem Forschende Proben unter einem Elektronenmikroskop analysieren, eine Industrieanlage, in der hochpräzise Messgeräte kalibriert werden oder die Strahlentherapieabteilung eines Krankenhauses: Auf den ersten Blick lässt sich kaum erkennen, dass diese Institutionen etwas mit der Kontrolle zur Nichtverbreitung von Kernwaffen zu tun haben.

Wenn die Menschen an „Kernmaterial“ denken, kommen den meisten grosse, schwer abgeschirmte Behälter in den Sinn. Doch gemäss der Definition der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) umfasst der Begriff „Kernmaterial“ jede Substanz, die Uran, Thorium oder Plutonium (U/Th/Pu) enthält – unabhängig von der Menge oder dem Verwendungszweck. Das heisst: Auch kleinste Mengen, die im Mikroskopie-Labor der Universität oder als Abschirmung in der Strahlentherapie eines Spitals eingesetzt werden, gelten als Kernmaterial gemäss der IAEO.

Institutionen, die Kernmaterialien in Mengen von nicht mehr als einem effektiven Kilogramm (siehe Kasten) verwenden oder lagern, gelten als Orte ausserhalb von Anlagen (sogenannten «Locations outside Facilities» – LOF). Im Vergleich zu den grossen Nuklearanlagen wie Kernkraftwerke sind die LOF weit häufiger in der Schweiz.

Ein Kilogramm ist im Nuklearbereich nicht immer ein Kilogramm:

Im Zusammenhang mit den Safeguards-Massnahmen wird vom «effektiven Kilogramm» (ekg) gesprochen. Ein „effektives Kilogramm“ ist kein tatsächliches Gewicht, sondern eine gewichtete Menge, die die Relevanz eines Materials für die Herstellung von Kernwaffen widerspiegelt.

Einige Beispiele dieser durch die IAEO definierten Menge illustrieren diesen Effekt: Für die proliferationsrelevantesten Stoffe Plutonium und angereichertes Uran entspricht ein Kilogramm Plutonium einem effektiven Kilogramm (1:1 Gewichtung), während es bereits 25 kg Uran mit einer Anreicherung von 20% (Anteil an spaltbarem Uran U-235) braucht, um einem effektiven Kilogramm zu entsprechen (Gewichtung mit dem Quadrat der Anreicherung). Diese Mengen sind hochsignifikant und erfordern sofortige, strenge Aufmerksamkeit.

Bei Thorium oder niedrigeren Anteilen von U-235 in der Grössenordnung von natürlichem Uran (~0.72%) entsprechen 10 Tonnen Natururan (Gewichtungsfaktor 0.0001) oder 20 Tonnen Thorium (Gewichtung 0.00005) einem effektiven Kilogramm. Diese pragmatische Unterscheidung erlaubt es den Aufsichtsbehörden, ihre Ressourcen auf die gefährlichsten Materialien zu konzentrieren.

Typische Beispiele für LOF und die dortige Verwendung von Kernmaterial umfassen:

• Abschirmungen aus abgereichertem Uran in Krankenhäusern für die Strahlentherapie oder in der Industrie für die Gammaradiographie, um Strahlung abzuschirmen.
• Chemikalien wie Uranylacetat, die an Universitäten als Kontrastmittel für die Elektronenmikroskopie eingesetzt werden.
• Kalibrierquellen, die winzige Mengen radioaktiver Stoffe enthalten und in Forschung und Industrie zur Eichung von Messgeräten verwendet werden.
• Uran, das als Speicher für Tritium dient.
• Beschleuniger-Targets, beziehungsweise Materialien, die in Teilchenbeschleunigern mit hochenergetischen Teilchen beschossen werden, um Kernreaktionen auszulösen und dabei bestimmte Nuklide für Forschung und Medizin zu erzeugen.
• Einzelne Stücke mit Uran oder Thorium in privaten Sammlungen, z.B. Brennstoff-Pellets zu Ausstellungszwecken.

Jede dieser Einrichtungen ist Teil des nationalen Registers und unterliegt Melde- und Buchführungspflichten. Ausnahmen existieren praktisch nur bei Stoffen vor Gewinnung und Purifikation, das heisst bei in der Natur vorkommenden Stoffen mit geringem Uran- oder Thoriumgehalt (Gestein, Erde, Gewässer, Pflanzen).

Es ist äusserst unwahrscheinlich, dass jemand aus den Spuren von Uranylacetat in einem Mikroskopielabor eine Atombombe baut. Das eigentliche Ziel dieser engmaschigen Überwachung ist deshalb nicht die direkte Verhinderung eines solchen Szenarios. Vielmehr geht es darum, mit sogenannten Verifikationsmassnahmen das gegenseitige Vertrauen zwischen den Staaten zu stärken. Dazu gehört auch eine präzise und vollständige Kernmaterialbuchhaltung. Jedes Gramm, ja sogar jedes Milligramm zählt, um ein vollständiges und lückenloses Bild der nuklearen Bestände und Aktivitäten eines Landes zu zeichnen.

Für die Buchführungspflicht im Rahmen des umfassenden Safeguards-Abkommens (Comprehensive Safeguards Agreement, CSA) gibt es theoretisch keine Untergrenze. Während das internationale Abkommen also keine „zu kleine“ Menge kennt, ergibt sich in der Schweiz in der Praxis für die Besitzer von Kleinmengen solcher Materialien in den LOF eine Meldepflicht, sobald die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung einen bestimmten Grenzwert überschreitet und eine Bewilligung nach Strahlenschutzverordnung erfordert. Dies schafft eine praktische, wenn auch indirekte Schwelle für die Aufsicht.

Wie wird kontrolliert?

Ein zentrales Instrument der Kontrollen sind die sogenannten „Wischproben“ (siehe Kasten). Dabei handelt es sich um eine Methode, mit der die IAEO selbst winzigste Spuren von Uran, Thorium oder Plutonium nachweisen kann. Die Stärke dieser Wischproben liegt im nächsten Schritt: Die Labore der IAEO analysieren sie mit ungemein hoher Präzision und vergleichen die Ergebnisse mit den offiziellen Deklarationen des Landes. Ein deklariertes medizinisches Labor sollte beispielsweise keine Spuren von hochangereichertem Uran aufweisen.

Was sind Wischproben?

Dabei nehmen Inspektorinnen und Inspektoren Staub- und Oberflächenabstriche in und um nukleare Anlagen und LOF, um selbst winzigste Spuren von Uran, Plutonium oder Thorium nachzuweisen. Diese Methode ermöglicht es, auch dann Hinweise auf nukleare Aktivitäten zu finden, wenn keine sichtbaren Materialien vorhanden sind.

Inspektorinnen und Inspektoren wischen mit speziellen Tüchern über Oberflächen. Die Tücher werden versiegelt und an IAEO?Labore oder das Netzwerk analytischer Labore (NWAL) geschickt. Dort werden die Partikel mittels hochsensitiver Verfahren wie Massenspektrometrie oder Elektronenmikroskopie untersucht. Selbst extrem geringe Mengen – im Bereich von Femtogramm – können identifiziert werden.

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Diese Verifikation vor Ort ist das Fundament des Systems und wird durch moderne Aufklärungsarbeit ergänzt; die Inspektoren analysieren frei zugängliche Informationen, von wissenschaftlichen Publikationen bis hin zu internationalen Frachtdaten, um sicherzustellen, dass das Gesamtbild konsistent und glaubwürdig ist.

Unstimmigkeiten werden nicht einfach als administrative Unregelmässigkeit gewertet. Deren Konsequenzen können gravierend sein. Die Entdeckung nicht deklarierter Stoffe/Materialien mit U/Th/Pu schadet der Glaubwürdigkeit des gesamten Landes gegenüber der IAEO, der internationalen Staatengemeinschaft und internationalen bilateralen Partnern und wirft Fragen bezüglich illegaler Tätigkeiten auf. Letztlich geht es auch darum, unbeabsichtigte Beiträge zu illegalen Proliferationsnetzwerken, also zu verdeckt operierenden, organisierten Systemen zur Weiterverbreitung kritischer Technologien und Güter, zu verhindern.

Fazit:

Die nuklearen Safeguards gemäss IAEO zeigen, dass nukleare und damit auch globale Sicherheit nicht nur in der Nuklearindustrie, sondern auch im Kleinsten – in Laboren, Spitälern und Werkstätten – geschaffen und erhalten wird. Die lückenlose und transparente Überwachung von Kernmaterialien, selbst in winzigsten Mengen an den unerwartetsten Orten, ist ein fundamentaler Baustein für das globale Vertrauen und die Nichtverbreitung von Kernwaffen.

Die IAEO überwacht, dass Staaten ihre völkerrechtlichen Verpflichtungen, die sie mit der Unterzeichnung des Atomwaffensperrvertrags eingegangen sind, einhalten und nukleares Material nicht für den Bau von Kernwaffen/Atombomben verwenden. Dies geschieht durch eine Reihe technischer Massnahmen – den sogenannten Safeguards. Diese umfassen unter anderem Inspektionen in Anlagen und LOF. Vergleiche von gemeldeten und tatsächlich vorhandenen Mengen von Nuklearmaterial oder die Analyse von öffentlich zugänglichen Informationen. Das betrifft nebst Kernkraftwerken eben auch Spitäler, Forschungslabors oder Industrieanlagen, die mit nuklearen Stoffen arbeiten.

Das Bundesamt für Energie hat eine Informationsbroschüre für LOF erarbeitet.
Über den folgenden Link ist sie aufrufbar: Information des Bundesamts für Energie (BFE) zu nuklearen Safeguards für Inhaber von BAG-Bewilligungen für den Umgang mit Uran, Thorium und/oder Plutonium

Text: Jonathan Rentsch, Fachspezialist Safeguards, Bundesamt für Energie
Bilder: IAEO