Plutonium, Iran und Atomwaffensperrvertrag

Atombombe Gegenwärtig konzentriert sich die internationale Aufmerksamkeit auf einen 40-MW-Forschungsreaktor im Iran, weil dort Material für Atombomben entstehen könnte.
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Einleitung

Atomenergie ist Teufelswerk. Das ist seit über 30 Jahren das politische Credo der GRÜNEN. Auch große Teile der SPD schlossen sich dieser Meinung an. Nach der Katastrophe von Fukushima 2011 hat sich sogar die CDU in Deutschland vom Glauben an diese Form der Energienutzung verabschiedet. Auf der internationalen Politikbühne herrschen aber die noch sehr differenziert anmutenden Sichtweisen vor: Atomkraftwerke bedeuten demnach eine friedliche Nutzung, die Abgrenzung gegen eine militärische Nutzung (Stichwort: Atombomben) ist vertraglich durch internationale Abkommen wie den Atomwaffensperrvertrag geregelt. Dass diese Unterscheidung möglich ist, betont auch die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) immer wieder in ihren Verlautbarungen. Vereinfacht wird das so kommuniziert, indem alle technischen Einrichtungen von der IAEO im Hinblick darauf überwacht werden, ob damit Material für Atomwaffen hergestellt werden kann. Plutonium wird als besonders kritisch gesehen, weil vom Gewicht her eine kleinere Menge für Atombomben erforderlich ist als bei anderen Materialien wie etwa Uran. Physikalisch gesehen ist die Unterscheidung jedoch unsinnig, da eine Atombombe auch mit Hilfe von Uran hergestellt werden kann. Gewöhnlich ist Plutonium nicht in der Natur vorhanden und muss daher erst künstlich erzeugt werden. Und das geschieht in sogenannten Wiederaufbereitungsanlagen, aber auch – quasi aufgrund physikalischer Gesetze - in allen Atomreaktoren der Welt. Insofern kann sich niemand, der einen Atomreaktor betreibt, von dem Verdacht freisprechen, dass er möglicherweise waffenfähiges Material erzeugt. Gegenwärtig konzentriert sich die internationale Aufmerksamkeit auf einen 40-MW-Forschungsreaktor im Iran, weil dort besonders leicht Plutonium gewonnen werden könne. Laut Meldungen von Presseagenturen wird befürchtet, dass in diesem Reaktor jedes Jahr genug Material für ein bis zwei Atombomben entstehen würde.

Der Atomwaffensperrvertrag

Das in der Natur vorkommende Uran und auch die aus Uran bestehenden Brennelemente der Atomreaktoren bestehen überwiegend aus dem nicht spaltbaren Uranisotop 238. Spaltbar sind nur die Uranisotope 235 und andere, die aber in sehr geringen Mengen von etwa 0,7% und weniger vorkommen. Nur die spaltbaren Isotope sind für die Energiegewinnung und zur Konstruktion von Atombomben nutzbar. Das Uranisotop 238 wird im Reaktor durch Neutroneneinfang und die anschließende Umwandlung teilweise zu Plutonium. Der Gehalt an Plutonium in einem Reaktor steigt im Laufe des Betriebs auf etwa 1%. Dieser eigentlich unerwünschte Nebeneffekt bereitet den Nutzern der „friedlichen Atomenergie“ immer wieder Kopfzerbrechen und ist auch Ursache für die Probleme bei der Entsorgung bzw. Endlagerung von Atommüll – vor allem angesichts der großen Mengen von Plutonium, die weltweit im laufenden Betrieb der rund 440 Reaktoren für die Erzeugung elektrischen Stroms entstehen. In den meisten Atomreaktoren ist das Entstehen von Plutonium eher unerwünscht oder störend. Daher wurden Verfahren entwickelt, um dieses Element ebenso wie einige andere Endprodukte abzutrennen und anderweitigen Zwecken zuzuführen. Diese Verfahren sind bekannt und lange erprobt, seit es Atombomben gibt. Die erste Atombombe der Welt, die im Juli 1945 in der Wüste des US-Bundesstaates New Mexiko gezündet wurde, war eine Plutoniumbombe. Und auch eine der beiden Bomben, die einen Monat später über Japan abgeworfen wurden, bestand aus Plutonium. Nach Schätzungen des Energieministeriums der USA sind weltweit rund 1000 t Plutonium verfügbar, wovon etwa ein Viertel waffenfähig ist. Die tradionellen Atommächte USA, Russland, Großbritannien und Frankreich haben den größten Anteil daran, aber auch Deutschland und Japan haben inzwischen einen wesentlichen Bestand. Durch den Atomwaffensperrvertrag wollten Großbritannien, die Sowjetunion und USA verhindern, dass waffenfähiges Spaltmaterial (Uran und Plutonium) in die Hände anderer Staaten gelangt. Die Internationale Atomenergie-Organisation soll die Einhaltung des Vertrages überwachen. Außer den genannten drei Gründerstaaten zählen auch China und Frankreich als Atommächte, da sie vor dem Stichtag 1. Januar 1967 eine Atombombe gezündet hatten und somit über die entsprechende Technologie verfügten.

USA, Russland, Großbritannien, China und Frankreich haben aufgrund des Atomwaffensperrvertrages eine Monopolstellung in der Atomindustrie, d.h. sie können Anlagen zur Urananreicherung, Plutoniumgewinnung und ähnliche Technologien entwickeln, ohne dass dies international kritisiert wird. Sie haben sich ja verpflichtet, atomwaffenfähiges Material nicht weiterzuverbreiten. Inzwischen sind insgesamt rund 15 Staaten im Besitz der entsprechenden Technologie zur Herstellung von atomwaffenfähigem Material oder haben Zugang dazu. Eines dieser Länder ist Indien, das nicht nur an seiner Westküste das größte Kernkraftwerk der Welt mit 9900 MW plant, sondern auch über die Technologie zur Produktion von waffenfähigem Material verfügt. Indien hat den Atomwaffensperrvertrag nicht unterzeichnet. Der international kritisierte 40-MW-Schwerwasser-Reaktor im Iran ist eine Miniaturkonstruktion im Vergleich zu der Gesamtheit der indischen Schwerwasserreaktoren mit 4400 MW - die Menge an Plutonium, die in Indien schon jetzt entsteht, ist hundertmal so groß. Von daher hat der Atomwaffensperrvertrag eines seiner wichtigsten Ziele verfehlt. Aber auch das proklamierte Ziel der Abrüstung wurde nicht wirklich umgesetzt. Zwar droht gegenwärtig kein atomarer Schlagabtausch der Supermächte, doch dafür gibt es neue Risiken durch die Vielzahl von Staaten, die Atomkraftwerke betreiben. Am Beispiel Iran zeigt sich wieder, dass die Trennung zwischen friedlicher und militärischer Nutzung der Praxis offenbar kaum möglich ist. Im Grunde handelt es sich um einen politischen Streit und nationale Befindlichkeiten, deren Argumente aus wissenschaftlicher Sicht teilweise an den Haaren herbeigezogen sind. Gemessen an den Kapazitäten und technischen Möglichkeiten anderer Staaten wirken die Ängste bezüglich des Iran übertrieben. Nachvollziehbar ist andererseits die Kritik an den fünf Atommächten laut Atomsperrvertrag und ihrem Monopol in dieser Sache. Dass die Abschaffung dieses Monopols dazu führen würde, dass jeder Staat das Recht auf eine Atombombe hätte, ist eine öffentlich nicht diskutierte Befürchtung. Im Vordergrund stehen gemeinsame Anstrengungen zur atomaren Abrüstung unter Einbeziehung aller Unterzeichnerstaaten des Atomwaffensperrvertrages.

Uran und Plutonium

In jedem Atomreaktor entsteht aus dem nicht spaltbaren Uran-238 durch Neutroneneinfang Uran-239, das sich anschließend in Plutonium-239 umwandelt. Dies ist ein schleichender Prozess, der durch verschiedene Maßnahmen gesteuert werden kann. Insofern lässt sich unterscheiden zwischen Reaktoren, die in Konstruktion und Betrieb zur Erzeugung von Plutonium besser geeignet sind, und anderen, die ausschließlich oder hauptsächlich der Erzeugung elektrischen Stroms dienen. Jährlich entstehen weltweit etwa 20 Tonnen Plutonium, die z.B. durch den PUREX-Prozess herausgelöst werden können, aber auch in bestimmten Reaktortypen oder durch Mischelemente (sogenannte MOX) weiterverwendet werden können. Letzteres ist mit einem erhöhten Risiko verbunden, da Plutonium stärker strahlt und somit einzelne Bestandteile im Kernreaktor stärkeren Belastungen ausgesetzt sind, aber auch das Gefährdungspotential für den Menschen steigt. Allerdings hofft die IAEO, dass durch Verwendung von MOX-Brennelementen das Plutonium langfristig abgebaut werden kann.

Bei Atomreaktoren gibt es grundsätzlich zwei technische Entwicklungslinien: Die erste arbeitet mit Natururan im Reaktor, benötigt dafür aber sogenanntes Schweres Wasser. Die zweite arbeitet mit angereichertem Uran, benötigt nur gewöhnliches Wasser und hat sich als Leichtwasserreaktor weltweit durchgesetzt. Nur 48 Atomreaktoren weltweit arbeiten nach Angaben der IAEO mit schwerem Wasser – das sind etwas mehr als 10 Prozent der Kapazität. Das Land Indien hat übrigens einen erheblichen Anteil daran: Hier sind allein 17 solcher Reaktoren in Betrieb, vier weitere sind in Bau.

Die Anreicherung von Uran ist ein wesentlich aufwändigerer Vorgang als die Gewinnung von Schwerem Wasser. Schweres Wasser (D2O) kann durch Destillation gewonnen werden, da es einen um 1,42 °C höheren Siedepunkt als leichtes Wasser (H2O) hat. Bei Elektrolyse wird außerdem der kinetische Isotopeneffekt ausgenutzt, schweres Wasser zersetzt sich langsamer und reichert sich dadurch an. Ideal ist eine Kombination beider Verfahren und diese wird wahrscheinlich auch in der Anreicherungsanlage nordwestlich von Arak für den iranischen Forschungsreaktor IR-40 eingesetzt. Daneben gibt es noch den in den 1940er Jahren entwickelten Girdler-Sulfid-Prozess.

In einer Untersuchung der norwegischen Universität für Umwelt- und Biowissenschaften in Ås wurde im Hinblick auf den IR-40 im Jahre 2011 simuliert, wieviel waffenfähiges Plutonium in den verschiedenen Reaktoren entstehen kann. Dabei kam heraus, dass bei Verwendung von Natururan innerhalb von 30 Tagen reines Plutonium-239 entsteht, welches allerdings nach längerer Verweildauer durch andere Isotope verunreinigt wird, so dass es dann waffentechnisch weniger geeignet ist. Inzwischen gibt es ein von Wissenschaftlern der Sandia National Labors in den USA entwickeltes Messverfahren, bei dem anhand der Strahlung festgestellt werden kann, ob und wieviel Plutonium in einem Reaktor entsteht.

Das Atomprogramm des Iran

Die Vorräte des Iran an dem für das Atomprogramm wichtigen Uran sind gering. Sie wurden bisher auf knapp 2000 t geschätzt – das ist weit weniger als die 81.000 t, über die Deutschland verfügt, das zu den 20 Ländern der Erde mit nennenswerten Uran-Vorkommen zählt. Aufgrund der Einwohnerzahl von 78 Millionen ist der Iran mit Deutschland vergleichbar. Das einzige seit 2011 aktive Atomkraftwerk steht in Bushdehr und hat eine elektrische Bruttoleistung von 1000 MW. Andere Energieträger sind dagegen reichlicher vorhanden. So sind Wasserkraftwerke in einer Größenordnung von 12 GigaWatt Leistung installiert – doppelt soviel wie in Deutschland mit 6 GigaWatt. Hinsichtlich des Erdöls gehört der Iran zu den wichtigsten Ländern der Erde, er steht unter den Förderländern an zweiter Stelle hinter Saudi-Arabien, bei den Reverven auf dem fünften Platz. Bei der Erdgas-Förderung steht Iran an vierter Stelle, hinsichtlich der Reverven auf Platz zwei der Weltrangliste. Im Bereich der Sonnenenergie-Nutzung bestehen noch große Potentiale, die Strahlung ist hier dreimal so stark wie in Deutschland. Bisher wurden nur zwei solarthermische Anlagen gebaut, die mit Parabolrinnenspiegeln – ähnlich wie in anderen Ländern nahe des Äquators – die Sonnenenergie so konzentrieren, dass damit heißer Dampf für ein Kraftwerk erzeugt werden kann.

Strategisch gesehen wäre der Besitz von Atomwaffen für den Iran eher von symbolischer Bedeutung. Der radioaktive Fallout bei einer nuklearen Explosion in einem der Nachbarländer würde auch den Iran treffen. Inwiefern Indien mit seinen sehr weit reichenden Atomraketen eine Bedrohung für den Iran darstellt, kann nur vermutet werden. Indien ist doppelt so groß wie der Iran, hat mehr als eine Milliarde Menschen und liegt von der Entfernung näher als Israel.

Auf jeden Fall sieht sich Israel zu Recht in Gefahr, da islamische Führer aus dem Iran immer wieder die Existenzberechtigung des jüdischen Staates anzweifeln oder gar angreifen. Von daher sind die Ängste, wie sie jüngst von 26 US-Senatoren bezüglich der Kontrolle über das Atomprogramm des Iran geäußert wurden, verständlich und nachvollziehbar. Der internationale Kompromiss sieht vor, am Forschungsreaktor in Arak zunächst nicht weiter zu bauen. US-Präsident Obama zeigt sich optimistisch.

Die Position anderer Staaten

Hinsichtlich der Position anderer Staaten seien hier nur zwei Beispiele genannt. Das erste Beispiel ist Deutschland, das in der Wissenschaftsgeschichte der Atomenergie eine wichtige Rolle spielt. Das zweite Beispiel ist aus aktuellem Anlass Österreich.

Bei einer konsequenten deutschen Politik wäre es gleichgültig, welchen Zwecken der iranische Forschungsreaktor in Arak dient. Ist es glaubwürdig, die Atomkraftwerke im eigenen Land abzuschalten und den Aktivitäten in anderen Ländern schweigend zuzuschauen? Wie ist die Position eines Landes, in dem vor 75 Jahren – am 17. Dezember 1938 – die erste Kernspaltung gelang, das sich aber von der wirtschaftlichen Nutzung verabschiedet? Gibt es hierzulande noch eine Zukunft für die Forschung auf diesem Gebiet? Welchen Stellenwert hat das Thema in Deutschland als Industrienation und in der Welt der Wissenschaft? Diese Fragen werden bei den ideologischen Auseinandersetzungen in den Hintergrund gedrängt.

Da Plutonium in jedem Reaktor entsteht, ist weltweite Wachsamkeit angebracht, und zwar insbesondere hinsichtlich der Länder, die weitere Kernkraftwerke bauen. Der Iran ist rein technisch gesehen nicht gerade fortschrittlich auf diesem Gebiet, die eigenen Uranvorräte sind – soweit bekannt – sehr begrenzt. Die Vorfälle in Tschernobyl und Fukushima haben gezeigt, welches Risiko mit der Atomenergie verbunden ist. Niemand weiß, wo und wann das nächste große Unglück geschieht.

Am 13. und 14. Februar fand in Mexiko eine internationale Konferenz über die humanitäre Dimension von Kernwaffen statt. Aus diesem Anlass setzte sich die Republik Österreich an die Spitze der Bewegung zur atomaren Abrüstung. Der österreichische Bundesminister Sebastian Kurz erklärte dazu: „Kernwaffen sind nicht nur eine permanente Bedrohung für die gesamte Menschheit, sondern auch ein Erbe des Kalten Krieges, das entschlossen überwunden werden muss. Ein Paradigmenwechsel in den internationalen nuklearen Abrüstungsbemühungen ist angesichts der drohenden Verbreitung von Kernwaffen überfällig.“ Wien ist Sitz der IAEO, und Österreichs Außenminister verkündet, es solle noch in diesem Jahr eine internationale Konferenz stattfinden.

FrankM.Rauch

Dipl.-Umweltwissenschaftler

Der Verfasser beschäftigt sich seit 1972 mit den Risiken der Atomenergienutzung, arbeitet im Hauptberuf seit 1989 bei der Bremer Umweltbehörde und war 1999-2014 Mitglied im partei-unabhängigen Bremer Arbeitskreis Energie.

23:59 14.02.2014
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Frank M. Rauch

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