Radioaktive Wolke über Europa Die Italien-Connection

Woher kam die radioaktive Wolke über Europa im vergangen Herbst? Womöglich hat der Zwischenfall mit einem Physikexperiment in Italien zu tun.

Modellierung der Quelle für die radioaktive Wolke über Europa
IRSN

Modellierung der Quelle für die radioaktive Wolke über Europa

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Wenig Zeit? Am Textende gibt's eine Zusammenfassung.


Es ist der wohl größte unterirdische Laborkomplex der Welt. Tief unter den Felsen des Gran-Sasso-Gebirgsmassivs in Mittelitalien liegen drei Hallen, jede so groß wie ein Flugzeughangar. Zu erreichen sind sie ganz bequem über den längsten zweiröhrigen Autobahntunnel Europas.

Die Laboratori Nazionali del Gran Sasso sind der perfekte Ort für Teilchenphysik-Experimente - weil man einerseits so einfach hinkommt, und andererseits der 1400 Meter dicke Fels über den Hallen störende kosmische Strahlung perfekt abschirmt.

Zu den Anlagen hier unten gehört auch der sogenannte "Borexino"-Detektor. Er ist groß wie ein Zweifamilienhaus, ein riesiger Tank aus rostfreiem Stahl. Mit Hilfe der Anlage untersuchen Wissenschaftler seit gut zehn Jahren Neutrinos, die bei der Kernfusion im Inneren unserer Sonne entstehen und anschließend durchs All rasen. (Lesen Sie hier, wie unsere Erde die mysteriösen Geisterteilchen verschluckt.)

Die - fast - masselosen Partikel gelten noch immer als sehr geheimnisvoll, viele Detailfragen sind ungeklärt. Nach einer ganz besonderen Art des Elementarteilchens, dem sogenannten sterilen Neutrino, suchen Physiker mit besonders großem Interesse. Bisher hat sich dieser Winzling, der einzig von der Gravitation und sonst von keiner der bekannten Grundkräfte der Physik beeinflusst werden soll, noch nicht nachweisen lassen.

"Fünf Jahre Arbeit…"

Einem speziellen Versuchsaufbau am "Borexino"-Detektor sollte das eigentlich gelingen. Doch dieses "Sox" - kurz für "Short distance neutrino oscillations with Borexino" - genannte Experiment ist gerade komplett abgeblasen worden.

Und die Geschichte dieser Absage hat womöglich mit jener schwach radioaktiven Wolke zu tun, die Ende September und Anfang Oktober über ganz Europa gezogen ist. Das vermutet das Wissenschaftsmagazin "Science" - und das stützen auch SPIEGEL-Recherchen.

Aber eins nach dem anderen.

Sprecher des "Sox"-Experimentes ist Marco Pallavicini, Vizechef des Physikdepartments der Universität von Genua. Wenn man ihn anruft, merkt man seine Enttäuschung sofort. "Fünf Jahre Arbeit…...", sagt er. Und dann beginnt Pallavicini zu erklären: Für den geplanten Versuch hätten die Forscher eine kleine, aber sehr kräftige radioaktive Strahlungsquelle benötigt. Die Wahl fiel auf etwa 40 Gramm des Isotops Cerium-144, eingefügt in einen massiven Zylinder aus Wolfram-Spezialstahl.

Der Zerfall des Cerium-144 sollte unter anderem Antineutrinos produzieren. Und ohne allzu weit ins Detail gehen zu wollen, hätte sich deren Schicksal im Detektor nachweisen lassen - und in besonders störungsfreier Umgebung Hinweise auf die gesuchten Neutrinos liefern können.

Weltweit habe es genau einen Anbieter für das Cerium-144 gegeben, so Pallavicini - und zwar die russische Atomfabrik Majak. Mit dieser habe man im Herbst 2016 nach langen Verhandlungen auch einen Liefervertrag unterschrieben. Die Fabrik habe die Substanz aus benutztem Kernbrennstoff herstellen wollen.

Gebäude der Atomfabrik Majak
Google Earth

Gebäude der Atomfabrik Majak

Aber irgendwie wurde das dann doch nichts. "Man hat uns aber im Dezember mitgeteilt, dass es unerwartete technische Schwierigkeiten gab", klagt der Wissenschaftler. Und das war das Ende für "Sox".

Besser nicht experimentieren als schlecht experimentieren

Die Russen hätten zwar angeboten, eine deutlich kleinere Strahlungsquelle zu fertigen, sagt Pallavicini, und in zwei Jahren weiteres Material nachzuliefern. "Aber nach intensivem Nachdenken haben wir uns entschieden, die Sache abzusagen", so der Forscher.

Besser nicht experimentieren als schlecht experimentieren, so würde man es vielleicht bei der FDP formulieren.

Was hat die Episode nun aber mit der Wolke des radioaktiven Elements Ruthenium-106 zu tun, die Forscher Ende September, Anfang Oktober in verschiedensten Teilen Europas nachweisen konnten? Eine Gesundheitsgefahr für die Bevölkerung gab es damals nicht - aber Strahlenschützer waren zumindest verwundert.

Denn eine Erklärung, woher der leicht strahlende Stoff eigentlich kam, gab und gibt es ebenfalls nicht.

Bis heute.

Aber Indizien, die gibt es.

Und die führen in den südlichen Ural. Genauer gesagt vermutlich in die Atomanlage Majak - auch wenn Russland bisher stets darauf beharrt hat, dass es dort im betreffenden Zeitraum kein Problem gegeben hat. Das muss man zumindest der Vollständigkeit halber erwähnen.

Aus einem Atomkraftwerk stammte das Ruthenium jedenfalls nicht, so schnelle Analysen. Denn dafür fehlten andere charakteristische Elemente wie Rhodium und Palladium. Eher, zum Beispiel, aus einer Wiederaufbereitungsanlage. Wie in Majak, wozu auch die Wetterlage zur betreffenden Zeit passen würde.

Und in Majak sollte ja irgendwann im Herbst die Herstellung des Cerium-144 für das "Sox"-Experiment erfolgen. Die Herstellung, bei der es anscheinend "technische Schwierigkeiten" gab.

Jean-Luc Lachaume ist Executivdirektor beim französischen Institut für nukleare Sicherheit (IRSN). Und er hält es im Gespräch mit dem SPIEGEL für die "bisher plausibelste Hypothese", dass Probleme bei der Produktion der Cerium-Strahlungsquelle tatsächlich für die Ruthenium-Wolke über Europa verantwortlich sind.

Seine Argumentation geht dabei in etwa so: Neben dem Isotop Ruthenium-106 hätten manche Messstationen im Oktober auch kleinere Mengen von Ruthenium-103 nachweisen können. Das Verhältnis zwischen den beiden Isotopen habe bei etwa 1 zu 4000 gelegen. Und dieser Wert wiederum sei charakteristisch für abgebrannten Kernbrennstoff rund zwei Jahre, nachdem man diesen aus einem Atomreaktor entfernt habe.

Zu diesem Zeitpunkt seien die Brennelemente aber noch sehr heiß. So heiß, genau genommen, dass sich nukleare Wiederaufbereitungsanlagen wie die im französischen La Hague normalerweise sieben bis zehn Jahre Zeit ließen, bis sie das Material prozessierten. Für die Produktion der Cerium-Quelle wären die heißen Brennstäbe aber wiederum passend gewesen.

Denn die Radioaktivität der Probe sollte für das "Sox"-Experiment ja besonders stark sein.

Russland: "Gute Hypothese" - aber falsch

"Science" zitiert einen weiteren IRSN-Mitarbeiter nun mit folgendem Szenario: Beim Abtrennen des radioaktiven Cer vom Rest des Kernbrennstoffs in Majak könnte es zu einer ungeplanten Temperaturerhöhung gekommen sein. Dabei wäre ein Teil des Rutheniums aus den Brennstäben in ein gasförmiges Oxid verwandelt worden. Das hätte dann womöglich die Luftfilter der Fabrik passiert - und wäre nach draußen gelangt. In der kühlen Luft hätten sich kleine Feststoffpartikel des Ruthenium-Oxids bilden können.

Diese hätte der Wind anschließend in ganz Europa verteilt.

Doch ein leitender Reaktorsicherheits-Experte der russischen Akademie der Wissenschaften wiederspricht im Wissenschaftsmagazin. Er spricht zwar von einer "guten Hypothese". Diese sei aber falsch. Die Arbeiten an der Probe in Majak hätten nie die "heiße Phase" erreicht.

Eine schlüssige Erklärung für die strahlende Wolke hat Russland bisher freilich nicht angeboten.

Der Franzose Lachaume ist Mitglied eines internationalen Untersuchungsteams zum Ruthenium-Vorfall. Das hat sich zuletzt Ende Januar in Moskau getroffen. Die Gespräche, so sagt der IRSN-Mann, seien in guter Atmosphäre verlaufen. Man sei sich mit den Russen über die Menge des freigesetzten strahlenden Materials einig, auch über das Verhältnis der gefundenen Ruthenium-Isotope.

Nicht einig sei man sich jedoch über die Quelle der Strahlung.

Zum nächsten Treffen im April wolle man aber auf jeden Fall noch einmal nach Russland fahren. Dann würden womöglich bessere lokale Wetterdaten der betreffenden Zeit bereitgestellt. Diese würden den eigenen Modellierern helfen, die Quelle der Strahlung noch besser einzugrenzen.

Und dann, Monsieur Lachaume?

Dann wird die genaue Quelle womöglich trotzdem nicht feststehen. "Wir sind nicht zufrieden damit, dass es selbst mit der Kommission am Ende kein konkretes Ergebnis geben könnte", so drückt es der Nuklearexperte aus.


Zusammengefasst: Für ein Teilchenphysik-Experiment in einem unterirdischen Labor in Italien wollten Forscher eine kleine, aber kraftvolle Strahlungsquelle in Russland kaufen. Liefern sollte sie die Atomfabrik Majak. Doch die sagte kurzfristig ab, das Experiment musste aufgegeben werden. Es gibt Indizien dafür, dass es bei der Herstellung der Probe im Majak zu Problemen gekommen sein könnte. Diese könnten verantwortlich sein für eine leicht strahlende Wolke des Elements Ruthenium im September und Oktober über Europa. Russland bestreitet dieses Szenario.

insgesamt 13 Beiträge
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permissiveactionlink 16.02.2018
1. 144Ce
Interessant, wie dieses Isotop zerfällt. Es erhöht durch zweimaligen Beta(-)Zerfall (es entstehen zwei Elektronantineutrinos pro Ceratom) zunächst die Ordnungszahl um 2 zum 144Nd (über 144Pr), um dann durch Alphazerfall (nach Äonen !) wieder in der Ordnungszahl um zwei zu sinken und beim stabilen 140Ce anzukommen. 40gr 144Ce besitzen nach Anlieferung eine radiologische Aktivität von 4,71 PBq, das sind etwa 4,7 Billiarden (!) Zerfälle pro Sekunde. Und dabei entstehen mit der Zeit ca. 3,4 *10^23 Elektronantineutrinos. Nach ca. 7,8 Jahren sind nur noch 40 Mikrogramm des 144Ce vorhanden, der Rest ist zerfallen, zum 144Nd, das selbst eine Halbwertszeit von 2,3 Billiarden Jahren besitzt, und im natürlich vorkommenden Neodym zu ca. 24% enthalten ist.
neutron76 16.02.2018
2. Liest sich wie ein Krimi
Trotzdem muss man weiter mit den Russen vernünftig und sachlich reden, sowie Majak in internationale Projekte miteinbeziehen. Es hilft ja nichts. Die radioaktiven Abfälle sind da, müssen gelagert und verarbeitet werden. Besser man kennt sich auf Expertenebene (solange wir noch Experten haben).
seikor 16.02.2018
3. Italien-Connection?
Also ehrlich gesagt finde ich es doch etwas übertrieben, eine Gruppe Physiker mit Begriffen aus der Mafiawelt zu assoziieren... Für ein Experiment wurde ein seltenes Element eingeplant, dessen Herstellung offenbar (?) nicht geklappt hatte - so what?
mbaudis 16.02.2018
4. Untergrundlabor
Das “Alleinstellungsmerkmal” des LNGS ist die Kombination aus low-level radiation background, Platz und guter Erreichbarkeit. Radioaktivität ist dort fehl am Platz; außer spezifische aber extrem schwache Eichquellen fuer die diversen Detektoren. Also: Interessante Detektivarbeit, aber keine Mafia, keine Bedrohung, keine Radioaktivität. Und dass ein seltenes Isotop gemessen wird, ist evtl. interessant ~ aber recht limitiert, so wie “da war neulich ein pinker Maserati in Kamenz” - hat sicher auch eine Geschichte.
unglaeubig 17.02.2018
5. Schon klar...
...dass man für so einen Artikel vereinfachen muss. ‚Wolfram-Spezialstahl‘ ist aber leider wohl Unsinn, ‚Stahl‘ bezeichnet Legierungen mit mehr als 50% Eisen, hier wird aber als Behälter wohl reines Wolfram(metall) verwendet, weil dies einen der höchsten Schmelzpunkte aufweist und somit recht robust gegen die immense Zerfallswärme ist. Aus dem Grund kommt bzw. kam Wolfram ja auch in Glühbirnen zum Einsatz. Übrigens: Iridium wäre hier m.E. die bessere Wahl gewesen, zumindest an Luft.
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