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Kernwaffenteststoppabkommen - für eine friedlichere und sichere Welt

Der Vertrag und seine Überwachung

Nach langjährigen Bemühungen der internationalen Staatengemeinschaft wurde am 24. September 1996 der Vertrag über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen (Comprehensive Test-Ban Treaty CTBT) zur Unterzeichnung aufgelegt. Er verbietet nukleare Versuchsexplosionen und soll die Weiterentwicklung und Verbreitung dieser Waffen verhindern.

Die Vertragsorganisation (CTBTO) mit Sitz in Wien baut zur Zeit mit Hilfe der Signatarstaaten ein weltweites Überwachungssystem mit einem Netz von 321 Messstationen. Es ist in der Lage, eine nukleare Explosion an jedem Ort der Erde mit hoher Wahrscheinlichkeit zu entdecken, zu identifizieren und auch zu lokalisieren. Dieses System beruht auf 170 Seismographen in der Erde, 11 Unterwassermikrophonen in den Ozeanen, 60 Infraschallmikrophonen in der Atmosphäre und 80 Spurenmessstationen für Radioaktivität in Luft. Eine davon ist die Station Schauinsland des BfS.

Anzahl der weltweit durchgeführten Kernwaffenversuche bis 1998 (Quelle: Center for Monitoring Research, Arlington, USA)

Das Internationale Messnetz IMS (eine größere Darstellung erhalten Sie durch Anklicken der Grafik)

Die Bedeutung von Radioaktivitätsmessungen

Während die anderen drei Techniken (Seismik, Infraschall und Hydroakustik) zeitnah Explosionen mit einer Stärke über 1 kt TNT Äquivalent registrieren und lokalisieren können, kommt der Radionuklid-Messtechnik die Aufgabe zu, den nuklearen Charakter einer Explosion zweifelsfrei nachzuweisen. Detoniert ein nuklearer Sprengkörper, so entsteht eine Vielzahl radioaktiver Spaltprodukte. Die überwiegende Zahl der so gebildeten Radionuklide kommt in der Natur nicht vor und unterscheiden sich auch signifikant in ihrer Zusammensetzung von Radioaktivität aus Kernkraftwerken. Eine grobe Eingrenzung des Freisetzungsortes ist mit Hilfe von Luftmassen-Analysen möglich.

Was wird gemessen?

An allen 80 Stationen wird die Luft auf Spuren von aerosolgebundenen Gammastrahlern untersucht. An 40 von den 80 Stationen, darunter auch auf dem Schauinsland, wird zusätzlich nach den Xenon-Isotopen 131m, 133, 133m und 135 gefahndet. Radioaktive Edelgase wurden in das Messsystem einbezogen, weil diese auch bei unterirdischen und verdeckten Tests in die Atmosphäre entweichen können und damit das Risiko für einen potentiellen Vertragsbrecher erhöhen, entdeckt zu werden.

Mindestanforderungen an die technische Ausstattung der Messstationen

	Aerosole	Edelgase
Messtechnik	Reinstgermaniumdetektor	Reinstgermaniumdetektor oder Beta / Gamma-Koinzidenz
Luftdurchsatz	Mind. 500 m3/h	mind. 0,4 m3/h
Nachweisgrenze	10 - 30 µBq/m3 bezogen auf Barium-140	1 mBq/m3 bezogen auf Xenon-133

Auswertung der Daten

Sämtliche Messdaten werden über ein satellitengestütztes Kommunikationssystem an das Internationale Datenzentrum der CTBTO in Wien übermittelt. Dort werden sie ausgewertet, an die Unterzeichnerstaaten verteilt und archiviert.

Automatisches System RASA zur Messung partikelgebundener Radioaktivität. Das Gerät wurde vom PNNL in den USA entwickelt.

Automatisches System SPALAX zur Messung von radioaktivem Xenon. Das Gerät wurde von der französischen Atomenergiebehörde CEA entwickelt.

Die Station Schauinsland

Die Messstation Schauinsland des Fachgebietes SW 3.5 "Atmosphärische Radioaktivität und Spurenanalyse" ist eine von 80 gegenwärtig im Aufbau befindlichen Messstationen für Radioaktivität weltweit, die den Kernwaffenteststopp (Comprehensive Nuclear Test-Ban Treaty, CTBT) überwachen werden.

Durch ihre exponierte Lage in 1200 m Höhe auf dem Kamm des Hochschwarzwaldes eignet sich die Station Schauinsland gut für die Messung von radioaktiven Spuren, die in hohen Luftschichten schnell über große Entfernungen transportiert werden.

Die Messstation Schauinsland

Zur Zeit sind auf der Station Schauinsland zwei Messsysteme installiert:

1. Ein Messgerät für partikelgebundene Radioaktivität: Es handelt sich dabei um das U.S.-amerikanische System RASA. Das System RASA wurde im Dezember 2004 von der Vertragsorganisation zertifiziert und läuft nun im bestimmungsgemäßen Betrieb (s. Grafik 1).

2. Das französische System SPALAX für Radioxenon. Das System SPALAX wird gegenwärtig im Rahmen eines internationalen Edelgasexperimentes (INGE) betrieben. Die Messung der radioaktiven Edelgase (Xenon 131m, Xenon 133m, Xenon 133 und Xenon 135) hat ein besonderes Gewicht, da auch bei Unterirdischen Versuchen häufig Radioxenon in geringen Mengen austritt und bei entsprechenden Empfindlichen Messungen nachgewiesen werden kann. Wichtig ist hierbei, dass die Messungen klar zwischen Verdachtsmomenten und sonstigen zivilen Quellen verlässlich unterscheiden können (s. Grafik 2).

Beteiligung des BfS am Aufbau des Verifikationssystem

Neben dem Betrieb einer Messtation (Schauinsland) ist das BfS mit weitergehenden Frage des Verifikationssystems befasst:

• Kontrollmessungen von Edelgasproben anderer Stationen zur Qualitätssicherung

• Weiterentwicklung der Edelgasmessungen: Im Rahmen des "International Noble Gas Experiment (INGE)" wurde in einem aufwändigen Vergleichsexperiment sämtliche vier zur Zeit produzierten automatischen Edelgasmesssysteme an einem Ort, nämlich in Freiburg, betrieben, erprobt und die Ergebnisse verglichen.

• Untersuchung des anthropogenen Untergrundes von Radioxenon aus zivilen Quellen: Die Verhältnisse der gemessenen Xenonisotope (Xenon 131m, Xenon 133m, Xenon 133 und Xenon 135) ermöglicht es, zwischen Spuren aus Kernwaffentests und anderen Quellen zu unterscheiden. Hierfür ist auch eine gute Kenntnis der Häufigkeit und Charakteristik von Entlassen aus zivilen Quellen wichtig.

Weitere deutsche Beteiligung an der Verifikation des CTBT

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) betreibt ein seismisches Array in Freyung (48,9 N, 13,7 O). Dort befindet sich auch eine Infraschallstation. Ferner werden eine weitere Infraschallstation in der Antarktis bei der Georg-von-Neumeyer-Station (70,6 S 8,4 W) sowie gemeinsam mit Südafrika eine seismische Hilfsstation an der Station SANAE (71,7 S 2,9 W) betrieben.

In der BGR ist auch das nationale Datenzentrum, welches Daten aus allen weltweit installierten seismischen Stationen sowie den Infraschall- und Unterwasserschallstationen analysieren kann. Für die Auswertung der Radioaktivitätsmessungen aus dem weltweiten Messnetz ist jedoch das BfS fachlich zuständig.

Links für weitergehende Informationen:

• Vertragsorganisation für den CTBT

• Deutsches nationales Datenzentrum der BGR

• Auswärtiges Amt

Die CTBT-Station Schauinsland hat bisher keine frischen Spaltprodukte aus Kernwaffentests nachweisen können. Gelegentlich werden Spuren von Cäsium-137 in Konzentrationen von wenigen Mikrobecquerel pro Kubikmeter nachgewiesen, die auf resuspendiertes Material aus dem Reaktorunglück von Tschernobyl und aus den oberirdischen Kernwaffentests in den 1950er und 1960er Jahren zurück zu führen sind. Im Routinebetrieb werden praktisch ausschließlich natürlich vorkommende Radionuklide gemessen. Das Diagramm zeigt beispielhaft die Aktivitätskonzentration des kosmogenen Radionuklids Be-7 an. Die gemessenen Werte schwanken um eine typischen Mittelwert von 3,6 Millibecquerel pro Kubikmeter. Be-7 wird in der Stratosphäre und hohen Troposphäre durch die Höhenstrahlung gebildet und gelangt je nach Turbulenz der Atmosphäre in unterschiedlicher Konzentration zur Station. Die kontinuierliche Zeitreihe dokumentiert die ständige Betriebsbereitschaft des Systems.

Grafik 2: Zeitreihe der mit SPALAX gemessenen Xe-133 Aktivitätskonzentrationen

Zeitreihe der mit SPALAX gemessenen Xe-133 Aktivitätskonzentrationen (Tagesmittel) im Vergleich zu den Messwerten des manuellen Edelgassystems des BfS (Wochenmittel). Der an der Station gemessene Untergrundpegel beträgt ca. 1 mBq/m³. Es werden auch kurzzeitige Erhöhungen von bis zu 250 mBq/m³ gemessen. Neben dem Hauptisotop Xe-133 werden gelegentlichauch die Isotope Xe-131m, Xe-133m und Xe-135 im Bereich von bis zu einigen mBq/m³ nachgewiesen. Anhand der Verhältnisse dieser Isotope können Emissionen von zivilen Quellen und aus Nukleartests unterscheiden werden. Die bisherigen Messungen sind ausschließlich auf zivilen Anlagen in Mitteleuropa zurückzuführen.