Frachtcontainer Neutronen sollen Sprengstoff und Drogen aufspüren

Das Röntgen von Containern ist inzwischen Routine - doch der Beschuss mit schnellen Neutronen wäre noch effizienter. Er macht auch versteckte Sprengstoffe oder Drogen sichtbar. Werden die Neutronen mit Gammastrahlen kombiniert, könnten sogar Plutonium oder Uran erkannt werden.

Über 40.000 Frachtcontainer hat der Zoll im Hamburger Hafen im Jahr 2008 durchleuchtet. Nicht einmal eine Minute dauert es, um einen Sattelschlepper durch die Containerprüfanlage in Waltershof zu ziehen - die Auswertung der Röntgenaufnahmen nimmt noch einmal 15 Minuten in Anspruch. In 349 Fällen wurden die Zollbeamten fündig und entdeckten unter anderem Zigaretten und gefälschte Sportschuhe im Wert von mehreren Millionen Euro.

Auch wenn die Röntgenaufnahme eines Megacontainers beeindruckt - die Zöllner könnten noch viel mehr über die Ladung eines Containers erfahren. Dazu müssten sie anstelle von Röntgenstrahlen allerdings mit schnellen Neutronen und energiereicherer Gammastrahlung arbeiten. Damit, so berichten Wissenschaftler von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, könnten diverse Sprengstoffe, Drogen und sogar kleinste Mengen von Kernbrennstoffen wie Uran identifiziert werden - ohne die Container überhaupt öffnen zu müssen. Die Erkennung von Rauschgift oder explosiven Stoffen wäre allerdings nur in kleineren Containern möglich, wie sie in der Luftfahrt genutzt werden.

PTB-Forscher Volker Dangendorf denkt an einen Detektor für Flughäfen, Grenzübergänge und Häfen, der Container und Cargo-Paletten vollautomatisch durchleuchtet und bei erkannten Gefahrstoffen Alarm schlägt. Die Anlage würde im Unterschied zu heute eingesetzten Röntgensystemen ohne die aufwendige und fehlerträchtige Bildauswertung durch speziell geschultes Personal auskommen.

Ein Strahl schneller Neutronen, erzeugt mit einem kleinen Teilchenbeschleuniger, bietet im Vergleich zu Röntgenstrahlen einige Vorteile: "Mit schnellen Neutronen sind sogar Rückschlüsse auf die Elemente möglich", sagt Dangendorf im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Während Röntgenstrahlen nämlich mit Elektronen reagieren, passieren Neutronen die Elektronenhülle von Atomen ungestört. Sie können nur mit dem Atomkern wechselwirken und werden von diesem entweder absorbiert oder gestreut. Auf dem Detektor hinter der durchleuchteten Probe fehlen sie dann.

An typischer Signatur identifiziert

Schnelle Neutronen eignen sich besonders gut zum Erkennen organischer Verbindungen. Die Neutronen werden vom Beschleuniger kommend durch den Frachtbehälter geschickt und auf der anderen Seite mit einer Neutronenkamera nachgewiesen. Auf dem Weg durch die Fracht ändert sich die räumliche und energetische Verteilung der Neutronen, und daraus kann wiederum die Verteilung von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff im Container berechnet werden.

Weil Sprengstoffe und Drogen in der Regel ein ganz bestimmtes Verhältnis von Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff besitzen, können sie mit Hilfe der sogenannten Neutronenradiografie an ihrer typischen Signatur identifiziert werden. "Im Labor arbeiten wir mit verschiedenen Sprengstoffsimulanzien, zum Beispiel TATP, auch Apex genannt, das aus Haushaltschemikalien hergestellt werden kann und bereits mehrfach von Terroristen genutzt wurde", erklärt der PTB-Forscher.

Ein Detektor soll Drogen oder Sprengstoffe eindeutig von harmlosen Allerweltsstoffen wie Kunststoff oder Lebensmitteln unterscheiden können. Der Computer der Inspektionsanlage kennt diese Zusammensetzungen und gibt Alarm, sobald eine vorprogrammierte Sprengstoffsignatur in einem Container festgestellt wird - so stellen es sich die Forscher zumindest vor.

Von einem Praxiseinsatz sind sie freilich noch weit entfernt: "Wir arbeiten an der Methodenentwicklung", sagt Dangendorf. Ziel sei, in drei Jahren einen Detektor-Prototypen zu bauen. Diesen wollen die Forscher dann an einem bereits existierenden Neutronenbeschleuniger testen - zum Beispiel auf dem Flughafen Houston. Dort ist ein solcher Neutronenbeschleuniger aufgebaut, er steht allerdings derzeit still und müsste für den Testbetrieb wieder aktiviert werden. Die US-Regierung hatte bereits seit Ende der neunziger Jahre die Neutronendetektortechnik erforschen lassen. Bei Tests mit der Pilotanalage in Houston wurden die erhofften Erkennungsquoten für Sprengstoff jedoch nicht erreicht.

Alarm bei schweren Elementen

In Braunschweig arbeiten die Wissenschaftler, unter ihnen auch Kollegen aus Israel, derzeit mit der Beschleunigeranlage der PTB. Diese erreicht jedoch nicht so hohe Energien, die für einen Containerdetektor prinzipiell benötigt werden. Mit der Anlage können nur kleine Proben von circa 20 mal 20 Zentimetern untersucht werden. Eine kommerzielle Anlage könnte, so glauben die Forscher, zumindest Luftfrachtcontainer durchleuchten. Schiffscontainer sind nach Dangendorfs Aussage zu groß, vor allem wenn sie mit Obst oder Gemüse beladen sind. Wegen des vielen darin enthaltenen Wassers fehlt den Neutronen das Durchdringungsvermögen. "Besteht die Ladung aus Maschinenteilen, dann könnte man auch einen Marinecontainer durchleuchten."

Die Größenbeschränkung gilt jedoch nicht für die Gammastrahlung. Damit könnten prinzipiell auch Schiffscontainer untersucht werden. Gammastrahlung eignet sich sehr gut zum Auffinden schwererer Elemente, also spaltbarem Material oder radioaktivem Material. Terroristen könnten versuchen, solche Stoffe in kleinen Mengen ins Land zu schmuggeln und daraus eine sogenannte schmutzige Bombe zu bauen, die bei einer Explosion die nähere Umgebung radioaktiv verseucht. Der Detektor, den die Wissenschaftler konzipieren, würde Gamma- und Neutronenstrahlen kombinieren, um sowohl konventionelle als auch nukleare Sprengstoffe identifizieren zu können.

Wie leistungsfähig die Neutronenradiografie ist, haben beispielsweise Wissenschaftler am Schweizer Paul-Scherrer-Institut gezeigt. Sie beschossen eine 500 Jahre alte tibetische Buddhastatue aus Messing mit der Teilchenstrahlung. Dabei fanden sie heraus, dass in ihrem Innern Holzgegenstände und trockene Blumen verborgen sind (siehe Fotostrecke). Röntgenstrahlen erlauben solche Einblicke nicht.

Eine Patentlösung gegen Schmuggler und Terroristen sind Neutronendetektoren freilich nicht: Ein Durchleuchten aller auf einem Airport oder Hafen ankommenden Container wird damit kaum möglich sein, denn es sind schlicht zu viele. Allein am Hamburger Hafen wurden 2008 über sieben Millionen Standardcontainer umgeschlagen. In die Röntgenanlage des Zolls gelangten 40.624 Stück - das sind nicht einmal 0,6 Prozent.

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