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Abbildung 1: Anzahl der weltweit durchgeführten Kernwaffenversuche bis 2006 (Quelle: Center for
Monitoring Research, Arlington, USA) (für eine größere Ansicht auf die Grafik klicken)
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Abbildung 2: Das Internationale Messnetz IMS (für eine größere Ansicht auf die Grafik klicken)
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Abbildung 3: Automatisches System RASA zur
Messung partikelgebundener Radioaktivität. Das Gerät wurde vom PNNL in den USA entwickelt (für eine größere Ansicht auf die Grafik klicken)
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Abbildung 4: Automatisches System SPALAX zur Messung von radioaktivem Xenon. Das Gerät wurde von der
französischen Atomenergiebehörde CEA entwickelt (für eine größere Ansicht auf die Grafik klicken)
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Abbildung 5: Die Messstation Schauinsland (für eine größere Ansicht auf die Grafik klicken)
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 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.
Der Vertrag und seine
Überwachung
Die Vertragsorganisation (CTBTO) mit Sitz in Wien baut zurzeit 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 (Radionuklidstation RN33).
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
unterscheidet 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, im Endausbau des Messnetzes vorgesehenen 80 Radionuklidmessstationen 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
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Aerosole, z.B. radioaktives Jod
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Edelgase (radioaktives Xenon)
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Messtechnik
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Reinstgermaniumdetektor
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Reinstgermaniumdetektor oder Beta /
Gamma-Koinzidenz
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Luftdurchsatz
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Mind. 500 m3/h
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mind. 0,4 m3/h
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Nachweisgrenze
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10 - 30 µBq/m3 bezogen auf
Barium-140
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1 mBq/m3 bezogen auf Xenon-133
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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.
Die Station Schauinsland
Die Messstation Schauinsland 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.
An der Station Schauinsland sind hierfür zwei Messsysteme installiert:
- 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.
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Das französische System SPALAX für Radioxenon. Das System SPALAX wird
gegenwärtig im Rahmen des 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.
Messergebnisse
Die CTBT-Station Schauinsland hat bisher
keine frischen Spaltprodukte aus Kernwaffentests gemessen. Gelegentlich
werden Spuren von Cäsium-137 in Konzentrationen von wenigen
Mikrobecquerel pro Kubikmeter nachgewiesen, die auf nach der Ablagerung
(z. B. bei Bränden) wieder in die Atmosphäre gelangtes 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..
Der an der Station gemessene Untergrundpegel für radioaktives Xenon
(Xe-133) beträgt ca. 1 Millibecquerel je Kubikmeter Luft Es werden auch
kurzzeitige Erhöhungen von bis zu 250 Millibecquerel je Kubikmeter Luft
gemessen. Neben dem Hauptisotop Xe-133 werden gelegentlich auch die
Isotope Xe-131m, Xe-133m und Xe-135 im Bereich von bis zu einigen
Millibecquerel je Kubikmeter Luft nachgewiesen. Anhand der Verhältnisse
dieser Isotope können Emissionen von zivilen Quellen und aus
Nukleartests unterschieden werden. Die bisherigen Messungen sind
ausschließlich auf zivile Anlagen zurückzuführen, beispielsweise auf
Einrichtungen zur Isotopenproduktion.
Beteiligung des BfS am Aufbau des
Verifikationssystems
Neben dem Betrieb einer Messstation
(Schauinsland) ist das BfS mit weitergehenden Frage des
Verifikationssystems befasst:
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Kontrollmessungen von Edelgasproben
anderer Stationen zur Qualitätssicherung
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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.
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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.
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