Nuklearwaffen: Plutoniumkerne kommen in die Jahre

Zum ersten Mal seit Jahrzehnten fahren die USA die Produktion von Plutoniumkernen für Nuklearwaffen hoch. Diese bilden den Zünder der Bomben. Sie haben die Grösse einer Bowlingkugel und bestehen aus Plutonium 239, einem der wenigen Elemente auf der Welt, das eine Spaltungskettenreaktion aufrechterhalten kann. Wenn Sprengstoff in der Nähe des Kerns explodiert, wird das Plutonium komprimiert, was den Spaltungsprozess in Gang setzt. Dabei entstehen Strahlung und Hitze. Dies wiederum löst im sekundären Teil der Bombe eine noch stärkere Explosion der zweiten Stufe aus, in der Wasserstoffatome eine Kernfusion durchlaufen und dabei noch mehr Energie freisetzen.

Im Folgenden fasst Infosperber das Wichtigste aus einem Bericht der Wissenschaftsjournalistin Sarah Scoles in der Zeitschrift Scientific American zusammen.

Niemand kennt den Zustand der alten Plutoniumkerne

Die Plutoniumkerne in den Atomwaffen sind mittlerweile alle mehrere Jahrzehnte alt. Da Plutonium erst vor 80 Jahren zum ersten Mal synthetisiert wurde, konnte niemand beobachten, wie es sich verhält, wenn sein Leben über diesen Punkt hinaus andauert. Wie sich das Altern auf einen Plutoniumkern auswirke, sei umstritten, schreibt Sarah Scoles. Doch einige Dinge seien sicher:  Wenn die Plutoniumatome zerfallen, beschädigen ihre Produkte die Kristallstruktur des verbleibenden Plutoniums, wodurch Hohlräume und Defekte entstehen. Dieser Zerfall kontaminiert den Plutoniumkern einer Bombe unter anderem auch mit Helium, Americium, Uran und Neptunium. In 50 Jahren sammle ein Kilogramm Plutonium etwa 0,2 Liter Helium an, heisst es im Bericht.

Je stärker sich die Plutoniumkerne verändern, desto unberechenbarer werden ihr physikalisches Verhalten, ihre Leistung und ihre Sicherheit. JASON, eine geheime Gruppe von Wissenschaftlern, die die Regierung berät, habe erstmals im Jahr 2007 prognostiziert, dass die Kerne noch einige Jahrzehnte länger halten würden, deshalb sei damals kein neues Produktionsprogramm für nötig befunden worden. Doch im Jahr 2019, so Scoles, habe das Gremium seine Haltung geändert und dränge nun darauf, dass die Herstellung­ von Plutoniumkernen so schnell wie möglich wieder aufgenommen werde. Auch Pavel Podvig, leitender Forscher am Institut für Abrüstungsforschung der Vereinten Nationen, meine, dass es sicherer wäre, neue Plutoniumkerne zu haben anstelle der alten.

Die Wissenschaftsjournalistin schreibt, dass Studien der National Nuclear Security Administration darauf hindeuten würden, dass die Kerne mindestens 150 Jahre halten dürften, aber auch, dass ihre Zersetzung zu überraschenden Defekten führen könne.

Seit 1992 halten die USA ein Moratorium für Atomtests ein. Seit damals können US-Wissenschaftler nicht mehr direkt beobachten, wie sich das Alter der Plutoniumkerne auf ihr Explosionsverhalten auswirkt. Die Physik des Plutoniums ist komplex, und niemand weiss, wann die ursprünglichen Kerne unbrauchbar werden. Die Wissenschaftler könnten vermutlich nie genau wissen, was diese Defekte bewirken oder wie sie sich auf eine Explosion auswirken, bilanziert Scoles.

Die Politik der nuklearen Abschreckung feiert ein Comeback

Nach dem Kalten Krieg hätten viele gedacht, die Welt sei auf dem Weg zur Abrüstung, schreibt Scoles. Die für ein nukleares Wiederaufleben notwendigen Fähigkeiten seien unwichtig erschienen. Jetzt sei das Gegenteil eingetroffen. China baue sein Atomwaffenarsenal rasant aus, und Russland, das sich im Krieg mit der Ukraine befindet, habe seine eigene nukleare Modernisierung und neue Raketentests gestartet.

Die USA hätten seit den späten 1980er Jahren kaum noch Plutoniumkerne fabriziert, hält Scoles fest. Doch jetzt wolle das Land sein Atomwaffenarsenal modernisieren, alte Waffen aufrüsten und neue bauen. Es gehe um aktualisierte Raketen, ein neues Waffendesign, Änderungen an bestehenden Konstruktionen – und um neue Plutoniumkerne. Die National Nuclear Security Administration wolle 80 neue Bombenkerne pro Jahr produzieren lassen. Nicht jeder halte diese Arbeit für notwendig, die geplante Produktion sorge für Kontroversen, weil sie kostspielig und riskant sei.  

Plutonium birgt ein grosses Gefahrenpotenzial

Die Details, wie die Plutoniumkerne hergestellt werden und wie sie funktionieren, gehörten zu den am strengsten gehüteten Geheimnissen Amerikas, führt Scoles aus. Das Plutonium, das für Waffen verwendet werde, existiere nur, weil Menschen es hergestellt hätten. Im Jahr 1940 hätten US-Wissenschaftler dazu einen Teilchenbeschleuniger an der University of California in Berkeley benutzt. In den folgenden Jahrzehnten habe sich Plutonium aus dem Betrieb von Kernreaktoren angesammelt. Die Wissenschaftler hätten so viel davon produziert, dass für die neuen Bombenkerne kein neues Plutonium benötigt werde – der derzeitige Vorrat könne umfunktioniert, umgeformt und rezykliert werden, schreibt Scoles.

Doch Plutonium ist ein tückisches Element. Mal zeigt es sich biegsam, mal spröde. Es kann sich ausdehnen oder zusammenziehen. Es verändert schnell sein Aussehen von einem silbrigen Metall zu einem regenbogenfarbenen Spektrum von Anlauffarben. Es kann in die Luft und ins Wasser gelangen. Es ist instabil, zerfällt laufend und setzt dabei radioaktive, gesundheitsschädliche Strahlung frei. All das macht diese Materie gefährlich. Gelangt Plutonium in den Körper, zerfällt es und setzt Alphateilchen (Heliumkerne) frei, die Krebs verursachen können.

Die Produktion neuer Plutoniumkerne verzögert sich

Bisher erweise sich die Wiederaufnahme der Produktion von Plutoniumkernen in den USA als schwierig, resümiert Scoles. Die Bemühungen würden Jahre hinter dem Zeitplan herhinken. Das Defense Nuclear Facilities Safety Board und andere Kritiker hätten vor Erdbebengefahren bei den Produktionsstätten gewarnt. Starke Erschütterungen und Brände könnten zu einer Plutoniumverseuchung von Umwelt und Bevölkerung führen. In letzter Zeit seien auch Bedenken aufgetaucht, welche die Sicherheit der Produktionsprozesse betreffen. Im Mai habe die National Nuclear Security Administration eine Untersuchung zu vier Vorfällen im Jahr 2021 veröffentlicht und Verstösse gegen Sicherheits-, Verfahrens-, Management- und Qualitätssicherungsvorschriften festgestellt.