(Nationalarchive von Australien) Fast 60 Jahre nach dem Ende der britischen Atomtests verunreinigen radioaktive Partikel mit Plutonium und Uran immer noch die Landschaft um Maralinga im Outback Südaustraliens.
Diese „heißen Teilchen“ sind nicht so stabil, wie wir einst angenommen haben. Unser Forschung zeigt, dass sie wahrscheinlich winzige Plutonium- und Uranbrocken freisetzen, die leicht in Staub und Wasser transportiert, von Menschen und Wildtieren eingeatmet und von Pflanzen aufgenommen werden können.
Die britischen Atomtests hinterließen ein radioaktives Erbe. (Nationalarchive von Australien)
Ein britischer Atomspielplatz
Nach den US-Atombombenabwürfen auf Hiroshima und Nagasaki im Jahr 1945 versuchten andere Nationen, ihre eigenen Atomwaffen zu bauen. Großbritannien suchte nach Standorten für die Durchführung seiner Tests. Als es sich Anfang der 1950er Jahre an die australische Regierung wandte, war Australien nur allzu bereit, zuzustimmen.
Zwischen 1952 und 1963 zündete Großbritannien in Australien zwölf Atombomben. Drei davon befanden sich auf den Montebello-Inseln vor Westaustralien, die meisten befanden sich jedoch im Outback Südaustraliens: zwei in Emu Field und sieben in Maralinga.
Neben den groß angelegten nuklearen Detonationen gab es Hunderte von „unterkritischen“ Versuchen, die darauf abzielten, die Leistung und Sicherheit von Atomwaffen und ihren Komponenten zu testen. Bei diesen Versuchen ging es in der Regel um die Sprengung oder das Anzünden nuklearer Sprengkörper mit konventionellen Sprengstoffen.
Bei den unterkritischen Tests wurden radioaktive Stoffe freigesetzt. Allein bei den Vixen-B-Versuchen (am Taranaki-Testgelände in Maralinga) wurden 22,2 Kilogramm Plutonium und mehr als 40 Kilogramm Uran über die trockene Landschaft verteilt. Zum Vergleich: Die über Nagasaki abgeworfene Atombombe enthielt 6,4 Kilogramm Plutonium, während die über Hiroshima abgeworfene Atombombe 64 Kilogramm Uran enthielt.
Diese Tests führten zu einer langanhaltenden radioaktiven Kontamination der Umwelt. Das volle Ausmaß der Kontamination wurde erst 1984 erkannt, bevor das Land an seine traditionellen Besitzer, das Volk der Maralinga Tjarutja, zurückgegeben wurde.
Heiße Kartoffeln
Trotz zahlreicher Aufräumarbeiten verbleiben in Maralinga Reste von Plutonium und Uran. Der Großteil liegt in Form von „heißen Partikeln“ vor. Dabei handelt es sich um winzige radioaktive Körner (viel kleiner als ein Millimeter), die im Boden verteilt sind.
Plutonium ist ein radioaktives Element, das größtenteils von Menschen hergestellt wird, und das in den britischen Atomtests verwendete waffenfähige Plutonium hat eine Halbwertszeit von 24.100 Jahren. Das bedeutet, dass auch 24.100 Jahre nach den Vixen-B-Tests, die 1963 endeten, rund um das Taranaki-Testgelände immer noch Plutonium im Wert von fast zwei Nagasaki-Bomben verteilt sein wird.
Plutonium emittiert Alphastrahlung, die die DNA schädigen kann, wenn es durch Essen, Trinken oder Atmen in den Körper gelangt.
Im Originalzustand sind die Plutonium- und Uranpartikel eher inaktiv. Wenn sie jedoch der Atmosphäre, Wasser oder Mikroben ausgesetzt werden, können sie im Laufe der Zeit verwittern und Plutonium und Uran in Form von Staub oder Regenstürmen freisetzen.
Bis vor Kurzem wussten wir wenig über den inneren Aufbau dieser heißen Partikel. Dies macht es sehr schwierig, die von ihnen ausgehenden Umwelt- und Gesundheitsrisiken genau einzuschätzen.
Monash-Doktorandin Megan Cook (die Hauptautorin unserer neuen Arbeit) hat sich dieser Herausforderung gestellt. Ihre Forschung zielte darauf ab, herauszufinden, wie sich Plutonium ablagerte, als es nach den Atomtests durch atmosphärische Strömungen transportiert wurde (ein Teil davon reiste). bis nach Queensland !), die Eigenschaften der heißen Plutoniumpartikel bei ihrer Landung und mögliche Bewegungen im Boden.
(Cook et al., Wissenschaftliche Berichte, 2021)
Über: Plutonium und Uran erscheinen in diesem elektronenmikroskopischen Bild als helle Klumpen, eingebettet in eine dunklere Eisen-Aluminium-Legierung.
Nanotechnologie zur Rettung
Frühere Studien nutzten die superintensiven Röntgenstrahlen, die von Synchrotronlichtquellen erzeugt wurden, um die Verteilung und den Oxidationszustand von Plutonium in den heißen Partikeln im Mikrometermaßstab abzubilden.
Um mehr Details zu erhalten, haben wir Röntgenstrahlen vom Diamond-Synchrotron in der Nähe von Oxford im Vereinigten Königreich verwendet riesige Maschine Sie hat einen Umfang von mehr als einem halben Kilometer und erzeugt in einem Teilchenbeschleuniger Licht, das zehn Milliarden Mal heller ist als die Sonne.
Die Untersuchung, wie die Partikel Röntgenstrahlen absorbierten, ergab, dass sie Plutonium und Uran in verschiedenen Oxidationsstufen enthielten – was sich auf ihre Reaktivität und Toxizität auswirkte. Als wir uns jedoch die Schatten ansahen, die die Partikel im Röntgenlicht (oder „Röntgenbeugung“) werfen, konnten wir die Ergebnisse nicht interpretieren, ohne mehr über die verschiedenen Chemikalien in den Partikeln zu wissen.
Um mehr herauszufinden, haben wir a Maschine an der Monash University, das winzige Proben mit einem nanometerbreiten Strahl hochenergetischer Ionen aufschneiden, dann die darin enthaltenen Elemente analysieren und Bilder vom Inneren machen kann. Das ist ein bisschen wie die Verwendung von a Lichtschwert einen Stein zerschneiden, nur im kleinsten Maßstab. Dies enthüllte in exquisiten Details die komplexe Vielfalt an Materialien und Texturen im Inneren der Partikel.
Ein Großteil des Plutoniums und Urans liegt in winzigen Partikeln mit einer Größe zwischen wenigen Mikrometern und einigen Nanometern vor oder ist in Eisen-Aluminium-Legierungen gelöst. Wir entdeckten auch eine Plutonium-Uran-Kohlenstoff-Verbindung, die in Gegenwart von Luft schnell zerstört wird, aber durch die Metalllegierung stabil gehalten wird.
Diese komplexe physikalische und chemische Struktur der Partikel lässt darauf schließen, dass die Partikel durch das Abkühlen von Tröpfchen geschmolzenen Metalls aus der Explosionswolke entstanden sind.
Letztendlich brauchte es ein multidisziplinäres Team auf drei Kontinenten – darunter Bodenwissenschaftler, Mineralogen, Physiker, Mineralingenieure, Synchrotronwissenschaftler, Mikroskopiker und Radiochemiker –, um die Natur der heißen Maralinga-Partikel aufzudecken.
Von Feuer zu Staub
Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass natürliche chemische und physikalische Prozesse in der Outback-Umgebung langfristig zu einer langsamen Freisetzung von Plutonium aus den heißen Partikeln führen können. Diese Freisetzung von Plutonium trägt wahrscheinlich zur weiteren Aufnahme von bei Plutonium durch Wildtiere in Maralinga .
Selbst unter den halbtrockenen Bedingungen von Maralinga zerfallen die heißen Partikel langsam und setzen ihre tödliche Ladung frei. Die Lehren aus den Maralinga-Partikeln beschränken sich nicht nur auf das australische Outback. Sie sind auch nützlich, um Partikel zu verstehen, die aus schmutzigen Bomben entstehen oder bei unterkritischen nuklearen Zwischenfällen freigesetzt werden.
Es gibt einige dokumentierte Fälle solcher Vorfälle. Dazu gehören die B-52-Unfälle, die zur konventionellen Detonation thermonuklearer Waffen in der Nähe von Palomares in Spanien im Jahr 1966 und Thule in Grönland im Jahr 1968 führten, sowie die Explosion einer bewaffneten Atomrakete und das anschließende Feuer auf dem Luftwaffenstützpunkt McGuire in den USA im Jahr 1960.
Tausende aktive Atomwaffen befinden sich auch heute noch im Besitz von Nationen auf der ganzen Welt. Das Erbe von Maralinga zeigt, dass sich die Welt Vorfälle mit nuklearen Partikeln kaum leisten kann. 
Barbara Etschmann , Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Monash Universität ; Joel Brugger , Professor für Synchrotron-Geowissenschaften, Monash Universität , Und Vanessa Wong , Außerordentlicher Professor, Monash Universität .
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