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Ionisierende Strahlung

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Ionisierende Strahlung

Der Vertrag über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen (Kernwaffenteststopp-Vertrag: CTBT) und seine Überwachung

  • Der Vertrag über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen (CTBT) ist eines der zentralen internationalen Abkommen zur Verhinderung der Weiterverbreitung von Kernwaffen.
  • Der CTBT wurde 1996 zur Unterzeichnung ausgelegt. Von den 44 Staaten (sog. Annex 2-Staaten), die den Vertrag ratifizieren müssen, bevor er in Kraft tritt, fehlen bis heute drei Länder, die den Vertrag noch unterzeichnen und ratifizieren müssen sowie fünf Länder, die zwar unterschrieben, jedoch noch nicht ratifiziert haben.
  • Die Organisation zur Überwachung des Kernwaffenteststopp-Vertrags (CTBTO) überwacht die Einhaltung des Vertrags mit seismischen Messungen, Radioaktivitätsmessungen und Spezialmikrophonen in den Ozeanen und der Atmosphäre. Mehrere Dutzend untereinander vernetzte Messstationen weltweit können geringste Spuren von Radioaktivität in der Luft erfassen.
  • Das BfS beteiligt sich mit Radioaktivitätsüberwachungen an der Kontrolle und betreibt eine der Stationen für hochempfindliche Radioaktivitätsmessungen auf dem Schauinsland bei Freiburg.

Der umfassende Kernwaffenteststopp-Vertrag (engl. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty, CTBT) ist eines der zentralen internationalen Abkommen zur Verhinderung der Weiterverbreitung von Kernwaffen. Obwohl er noch nicht in Kraft getreten ist, wird bereits heute ein weltweites Messnetz zur Überwachung des Teststopps aufgebaut und erfolgreich betrieben.

Der Kernwaffenteststopp-Vertrag

weltweit durchgeführte Kernwaffenversuche 1945 bis 2016 Anzahl KernwaffentestsAnzahl der weltweit durchgeführten Kernwaffen-Versuche bis 2016

Mit dem sog. "Trinity"-Test am 16. Juli 1945 in den USA wurde zum ersten Mal in der Menschheitsgeschichte eine Nuklearwaffe gezündet. Einen Monat später erfolgte der erste militärische Einsatz durch die Abwürfe der Nuklearwaffen über Hiroshima und Nagasaki am Ende des zweiten Weltkrieges.

Trotz früher Überlegungen zu einer internationalen Kontrolle von spaltbarem Material für den Bau von Kernwaffen erlangten weitere Nationen die Fähigkeit zur Herstellung dieser Waffen (Sowjetunion: 1949, Vereinigtes Königreich: 1952).

Beginn der Kernwaffentests

In den 1950er Jahren begannen die USA und die Sowjetunion mit dem Testen von sogenannter thermonuklearen Waffen (umgangssprachlich "Wasserstoffbomben"), die eine höhere Sprengkraft besitzen und entsprechend größere Mengen an radioaktivem Fallout produzieren.

Partieller Teststopp-Vertrag

Unter anderem führte die Kritik an diesen Tests dazu, dass sich 1963 die USA, die Sowjetunion und das Vereinigte Königreich über ein Verbot von Tests in der Atmosphäre, unter Wasser und im Weltraum verständigten.

Dies wurde in einem internationalen Vertrag, dem partiellen Teststopp-Vertrag niedergelegt (engl. Partial Nuclear Test-Ban Treaty, PTBT). Frankreich (erster Test 1960) und China (erster Test 1964) unterschrieben diesen Vertrag jedoch nicht und führten noch bis 1980 Kernwaffentests in der Atmosphäre durch.

Vom partiellen zum umfassenden Teststopp

Weltkarte mit Messstationen Internationales Messnetz IMSDas Internationale Messnetz IMS Quelle: CTBTO

Die Unterzeichnerstaaten des PTBT hielten sich an die Vertragsregeln, wodurch die Zahl der atmosphärischen (oberirdischen) Tests, und der damit verbundene radioaktive Fallout verringert werden konnte. Die Gesamtzahl aller Atomwaffen-Tests verringerte sich jedoch nicht, sie wurden jetzt nur mehrheitlich unter der Erdoberfläche durchgeführt. Bis heute wurden über 2.000 Kernwaffentests gezählt.

Auf diplomatischer Ebene wurde nach dem Inkrafttreten des PTBT über einen umfassenden Teststopp-Vertrag diskutiert und 1976 die sog. "Group of Scientific Experts" (GSE) eingerichtet. Ihre Aufgabe war es zu klären, ob und wie die Einhaltung eines solchen Vertrags geprüft werden kann. Ein verlässliches Verifikationssystem ist eine entscheidende Voraussetzung dafür, dass sich Staaten völkerrechtlich an ein Verbot binden. Über die Möglichkeiten und Grenzen der Verifikation (wissenschaftliche Nachweisführung) liefen die Meinungen zunächst weit auseinander.

Umfassender Kernwaffenteststopp-Vertrag

Es dauerte bis zum Ende des Kalten Krieges, bis formelle Verhandlungen bei den Vereinten Nationen in der Conference on Disarmament aufgenommen wurde. Die Beratungen, an denen auch Experten des BfS maßgeblich beteiligt waren, konnten bereits zwei Jahre später abgeschlossen und der umfassende Kernwaffenteststopp-Vertrag (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty, CTBT) 1996 zur Unterzeichnung ausgelegt werden.

Die Verhandlungsparteien wollten sicherstellen, dass die Unterzeichner des Vertrags erst dann bindende Verpflichtungen eingehen, wenn alle Staaten mit nukleartechnischen Einrichtungen – und damit der theoretischen Fähigkeit zum Kernwaffenbau - beigetreten sind. Daher enthält das Dokument eine Liste mit 44 Staaten (sog. Annex 2-Staaten), die den Vertrag ratifizieren müssen, bevor er in Kraft tritt.

Bis heute fehlen von diesen 44 Staaten drei, die den Vertrag vor Inkrafttreten unterzeichnen und ratifizieren müssen (Indien, Nordkorea, Pakistan) sowie fünf Länder, die zwar unterschrieben, jedoch noch nicht ratifiziert haben (Ägypten, China, Iran, Israel, USA).

Umsetzung des Kernwaffenteststopp-Vertrags

Wenn der Zeitpunkt des Inkrafttretens erreicht wird, muss die Verifikation der Verbotsnorm sofort möglich sein. Daher wurde in Wien die sogenannte Vorbereitende Kommission für den CTBT gegründet, deren Aufgabe insbesondere der Aufbau eines internationalen Monitoring-Netzwerks mit 337 Messstationen ist. Mit Hilfe dieses Messnetzes kann die Vertragseinhaltung verlässlich überwacht werden kann.

Daneben bereitet die Organisation zur Überwachung des Internationalen Kernwaffenteststopp-Vertrags (CTBTO) Vor-Ort-Inspektionen konzeptionell vor, entwickelt dafür Messmethoden und führt Übungen durch.

Überwachung des Kernwaffenteststopp-Vertrags

Die Organisation zur Überwachung des Internationalen Kernwaffenteststopp-Vertrags (CTBTO) überwacht die Einhaltung des Abkommens mit seismischen Messungen, Radioaktivitätsmessungen und Spezialmikrophonen in den Ozeanen und der Atmosphäre.

Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) beteiligt sich mit Radioaktivitätsüberwachungen an der Kontrolle und unterstützt das Auswärtige Amt bei der fachlichen Auswertung und Bewertung der Daten.

Überwachung des Internationalen Kernwaffenteststopp-Vertrags

Die CTBTO ist als internationales Netzwerk darauf ausgerichtet, weltweit geheime Atombombentests aufzuspüren. Mehrere Dutzend untereinander vernetzte Messstationen weltweit können geringste Spuren von Radioaktivität in der Luft erfassen. Das Bundesamt für Strahlenschutz betreibt eine dieser Stationen für hochempfindliche Radioaktivitätsmessungen auf dem Schauinsland bei Freiburg.

Seismische Messungen können einen ersten Hinweis auf einen unterirdischen Atomwaffentest geben. Mit einer zeitlichen Verzögerung können bei einem Atomwaffentest entstehende radioaktive Edelgase durch das Erdreich in die Atmosphäre gelangen. Wenn dies geschieht, lassen sich diese Gase mit den hoch empfindlichen Radioaktivitätsmessstationen der CTBTO nachweisen und eindeutig auf einen Atomwaffentest zurückführen.

Weltweites Überwachungssystem

Die Vertragsorganisation mit Sitz in Wien baut zurzeit mit Hilfe der Signatarstaaten ein weltweites Überwachungssystem mit einem Netz von 321 Messstationen auf. Es ist in der Lage, eine nukleare Explosion an jedem Ort der Erde mit hoher Wahrscheinlichkeit zu entdecken, zu identifizieren und auch zu lokalisieren.

Dieses System beruht auf

  • 170 Seismographen in der Erde,
  • 11 Unterwassermikrophonen in den Ozeanen,
  • 60 Infraschallmikrophonen in der Atmosphäre und
  • 80 Spurenmessstationen für Radioaktivität in der Luft

Eine dieser Spurenmessstationen ist die Station Schauinsland des BfS (Radionuklidstation RN33). Zur Qualitätssicherung werden die 80 Radionuklidstationen durch 16 Radionuklidlaboratorien ergänzt.

Die Bedeutung von Radioaktivitätsmessungen

Die drei Techniken Seismik, Infraschall und Hydroakustik können zeitnah Explosionen mit einer Stärke über 1 Kilotonne Trinitrotoluol (TNT) Äquivalent (Maßeinheit für die bei einer Explosion freiwerdende Energie) registrieren und lokalisieren. Die Radionuklid-Messtechnik hat anschließend die Aufgabe, den nuklearen Charakter einer Explosion zweifelsfrei nachzuweisen.

Detoniert ein nuklearer Sprengkörper, dann entsteht eine Vielzahl radioaktiver Spaltprodukte. Die meisten so gebildeten Radionuklide kommen in der Natur nicht vor und unterscheiden sich auch deutlich in ihrer Zusammensetzung von Radioaktivität aus Kernkraftwerken.

Eine grobe Eingrenzung des Freisetzungsortes ist mit Hilfe von atmosphärischen Ausbreitungsrechnungen möglich.

Was wird gemessen?

An allen im Endausbau des Messnetzes vorgesehenen 80 Radionuklidmessstationen wird die Luft auf Spuren von an Luftstaub gebundenen Gammastrahlern untersucht. An 40 der 80 Stationen, darunter auch auf der Station Schauinsland, wird zusätzlich nach den radioaktiven Isotopen des Edelgases Xenon (Xenon-131m, Xenon-133, Xenon-133m und Xenon-135) gefahndet.

Mindestanforderungen an die technische Ausstattung der Messstationen
Aerosole, zum Beispiel radioaktives Jod Edelgase (radioaktives Xenon)
MesstechnikReinstgermaniumdetektorReinstgermaniumdetektor oder Beta-/Gamma-Koinzidenz
Luftdurchsatzmindestens 500 Kubikmeter pro Stunde mindestens 0,4 Kubikmeter pro Stunde
Nachweisgrenze10 bis 30 Microbecquerel pro Kubikmeter Luft bezogen auf Barium-1401 Millibecquerel pro Kubikmeter Luft bezogen auf Xenon-133

Radioaktive Edelgase wurden in das Messnetz einbezogen, weil diese auch bei unterirdischen und verdeckten Tests in die Atmosphäre entweichen können und damit das Risiko für einen potentiellen Vertragsbrecher erhöhen, entdeckt zu werden. Wichtig ist hierbei, dass anhand der Messungen zwischen Radioaktivität aus zivilen Quellen und aus eventuellen Kernwaffentests - die eine Vertragsverletzung darstellen würden - unterschieden werden kann.

Auswertung der Daten

Sämtliche Messdaten werden über ein satellitengestütztes Kommunikationssystem an das Internationale Datenzentrum der CTBTO in Wien übermittelt. Dort werden sie ausgewertet, an die Unterzeichnerstaaten verteilt und archiviert.

Stand: 03.07.2018

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