Fast 60 Jahre nach dem Ende der britischen Atomtests verseuchen immer noch radioaktive Partikel, die Plutonium und Uran enthalten, die Landschaft um Maralinga im Outback von South Australia.
Diese heißen Teilchen sind nicht so stabil, wie wir einst annahmen. Unsere Forschung zeigt, dass sie wahrscheinlich winzige Brocken von Plutonium und Uran freisetzen, die leicht in Staub und Wasser transportiert, von Menschen und Wildtieren eingeatmet und von Pflanzen aufgenommen werden können.
Ein britischer Atomspielplatz
Nach den US-Atombombenabwürfen auf Hiroshima und Nagasaki im Jahr 1945 beeilten sich andere Nationen, ihre eigenen Atomwaffen zu bauen. Großbritannien war auf der Suche nach Standorten, um seine Tests durchzuführen. Als es in den frühen 1950er Jahren an die australische Regierung herantrat, stimmte diese nur zu gerne zu.
Zwischen 1952 und 1963 zündete Großbritannien 12 Atombomben in Australien. Drei davon auf den Montebello-Inseln vor Westaustralien, die meisten aber im Outback Südaustraliens: zwei in Emu Field und sieben in Maralinga.
Die britischen Atomtests hinterließen ein radioaktives Erbe. National Archives of Australia
Neben den groß angelegten Nukleardetonationen gab es Hunderte von subkritischen Versuchen, die die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Kernwaffen und deren Komponenten testen sollten. Bei diesen Versuchen wurden in der Regel nukleare Geräte mit konventionellen Sprengstoffen gesprengt oder in Brand gesetzt.
Bei den subkritischen Tests wurde radioaktives Material freigesetzt. Allein bei den Vixen-B-Versuchen (auf dem Taranaki-Testgelände in Maralinga) wurden 22,2 Kilogramm Plutonium und mehr als 40 Kilogramm Uran über die karge Landschaft verteilt. Zum Vergleich: Die Atombombe, die auf Nagasaki abgeworfen wurde, enthielt 6,4 Kilogramm Plutonium, während die auf Hiroshima abgeworfene 64 Kilogramm Uran enthielt.
Diese Tests führten zu einer lang anhaltenden radioaktiven Verseuchung der Umwelt. Das volle Ausmaß der Verseuchung wurde erst 1984 erkannt, bevor das Land an seine traditionellen Besitzer, das Volk der Maralinga Tjarutja, zurückgegeben wurde.
Heiße Kartoffeln
Trotz zahlreicher Aufräumarbeiten bleiben in Maralinga Reste von Plutonium und Uran zurück. Das meiste ist in Form von heißen Partikeln vorhanden. Das sind winzige radioaktive Körner (viel kleiner als ein Millimeter), die im Boden verteilt sind.
Plutonium ist ein radioaktives Element, das hauptsächlich von Menschen hergestellt wird, und das waffenfähige Plutonium, das bei den britischen Atomtests verwendet wurde, hat eine Halbwertszeit von 24.100 Jahren. Das bedeutet, dass selbst 24.100 Jahre nach den 1963 beendeten Vixen-B-Versuchen noch Plutonium im Wert von fast zwei Nagasaki-Bomben auf dem Taranaki-Testgelände verstreut sein wird.
Plutonium gibt Alphastrahlung ab, die die DNA schädigen kann, wenn sie durch Essen, Trinken oder Atmen in den Körper gelangt.
In ihrem ursprünglichen Zustand sind die Plutonium- und Uranteilchen eher inaktiv. Mit der Zeit können sie jedoch verwittern und Plutonium und Uran in Staub oder Regen freisetzen, wenn sie der Atmosphäre, Wasser oder Mikroben ausgesetzt sind.
Bis vor kurzem wusste man wenig über die innere Zusammensetzung dieser heißen Partikel. Das macht es sehr schwer, die von ihnen ausgehenden Umwelt- und Gesundheitsrisiken genau einzuschätzen.
Die Monash-Doktorandin Megan Cook (die Hauptautorin unserer neuen Arbeit) nahm sich dieser Herausforderung an. Ihre Forschung zielte darauf ab, herauszufinden, wie sich Plutonium absetzte, als es nach den Atomtests von atmosphärischen Strömungen getragen wurde (ein Teil davon reiste bis nach Queensland!), die Eigenschaften der heißen Plutoniumpartikel, wenn sie landeten, und die mögliche Bewegung im Boden.
Nanotechnologie als Retter in der Not
Frühere Studien nutzten die superintensive Röntgenstrahlung, die von Synchrotronlichtquellen erzeugt wird, um die Verteilung und den Oxidationszustand von Plutonium im Inneren der heißen Teilchen auf der Mikrometerskala zu kartieren.
Um mehr Details zu erhalten, verwendeten wir Röntgenstrahlen aus dem Diamond-Synchrotron in der Nähe von Oxford in Großbritannien, einer riesigen Maschine mit einem Umfang von mehr als einem halben Kilometer, die Licht erzeugt, das zehn Milliarden Mal heller ist als das Licht der Sonne in einem Teilchenbeschleuniger.
Als wir untersuchten, wie die Teilchen die Röntgenstrahlen absorbierten, zeigte sich, dass sie Plutonium und Uran in verschiedenen Oxidationszuständen enthielten – was sich darauf auswirkt, wie reaktiv und giftig sie sind. Als wir uns jedoch die Schatten ansahen, die die Teilchen im Röntgenlicht warfen (oder Röntgenbeugung), konnten wir die Ergebnisse nicht interpretieren, ohne mehr über die verschiedenen Chemikalien im Inneren der Teilchen zu wissen.
Um mehr herauszufinden, benutzten wir eine Maschine an der Monash University, die winzige Proben mit einem nanometerbreiten Strahl hochenergetischer Ionen aufschneiden kann, um dann die Elemente im Inneren zu analysieren und Bilder des Inneren zu machen. Das ist ein bisschen so, als würde man ein Lichtschwert benutzen, um einen Felsen zu schneiden, nur in kleinstem Maßstab. Dadurch wurde die komplexe Anordnung von Materialien und Texturen im Inneren der Partikel in exquisiten Details sichtbar.
Plutonium und Uran zeigen sich in diesem elektronenmikroskopischen Bild als helle Klumpen, eingebettet in eine dunklere Eisen-Aluminium-Legierung. Cook et al. (2021), Scientific Reports, Author provided
Ein Großteil des Plutoniums und Urans ist in winzigen Partikeln von wenigen Mikrometern bis wenigen Nanometern Größe verteilt oder in Eisen-Aluminium-Legierungen gelöst. Wir entdeckten auch eine Plutonium-Uran-Kohlenstoff-Verbindung, die in Gegenwart von Luft schnell zerstört würde, aber durch die Metalllegierung stabil gehalten wird.
Diese komplexe physikalische und chemische Struktur der Teilchen lässt vermuten, dass die Partikel durch die Abkühlung von Tropfen geschmolzenen Metalls aus der Explosionswolke entstanden sind.
Am Ende brauchte es ein multidisziplinäres Team über drei Kontinente hinweg – darunter Bodenwissenschaftler, Mineralogen, Physiker, Mineralingenieure, Synchrotron-Wissenschaftler, Mikroskopiker und Radiochemiker – um die Natur der heißen Maralinga-Partikel aufzudecken.
Vom Feuer zum Staub
Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass natürliche chemische und physikalische Prozesse in der Umgebung des Outbacks die langsame Freisetzung von Plutonium aus den heißen Partikeln auf lange Sicht verursachen. Diese Freisetzung von Plutonium trägt wahrscheinlich zur anhaltenden Aufnahme von Plutonium durch die Tierwelt in Maralinga bei.
Selbst unter den halbtrockenen Bedingungen von Maralinga zerfallen die heißen Partikel langsam und setzen ihre tödliche Fracht frei. Die Lehren aus den Maralinga-Partikel sind nicht auf das australische Outback beschränkt. Sie sind auch nützlich für das Verständnis von Partikeln, die von schmutzigen Bomben erzeugt oder bei unterkritischen nuklearen Zwischenfällen freigesetzt werden.
Es gibt einige dokumentierte Fälle solcher Zwischenfälle. Dazu gehören die B-52-Unfälle, die 1966 bei Palomares in Spanien und 1968 bei Thule in Grönland zur konventionellen Detonation thermonuklearer Waffen führten, sowie die Explosion einer bewaffneten Atomrakete und das anschließende Feuer auf der McGuire Air Force Base in den USA im Jahr 1960.
Tausende von aktiven Atomwaffen befinden sich heute noch in den Händen von Nationen auf der ganzen Welt. Das Vermächtnis von Maralinga zeigt, dass sich die Welt Zwischenfälle mit Nuklearteilchen nicht leisten kann.
Verwendete Bilder mit freundlicher Genehmigung von Pexels/Pixabay
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.