Nukleare Archäologie
Integrierte Nukleare Archäologie
Heute existieren hauptsächlich zwei Herangehensweisen um die Produktionshistorie von Spaltmaterialien zu rekonstruieren. Für einige Konzepte werden Messungen in abgeschalteten Produktionsanlagen und an radioaktivem Abfall durchgeführt, die Informationen über deren Vergangenheit geben können. Allerdings gibt es Fälle, in denen diese Messungen nicht dafür ausreichen, niedrige Unsicherheiten zu erreichen.
Andere Herangehensweisen nutzen Informationen aus der Dokumentation der Produktionshistorie genutzt werden um mit Hilfe moderner Simulationsprogramme die Produktion von Spaltmaterialien zu rekonstruieren. Jedoch enthalten diese Dokumente Unsicherheiten und können unvollständig sein.
Wir schlagen vor beide Ansätze zu vereinen, da diese Kombination ein Werkzeug mit neuen Möglichkeiten darstellen würde: Die Verwendung von Daten mehrerer Quellen erlaubt direkte Konsistenzchecks und mit Hilfe Bayesscher Statistik sowie numerischer Methoden können verlässlichere Abschätzungen der zum nuklearen Brennstoffkreis gehörenden Parameter gefunden werden.
Archäologie mit Nuklearreaktoren
Informationen über die Betriebshistorie eines Reaktors können erlangt werden, indem Veränderungen der strukturellen Materialen, beispielsweise der Brennstoffröhren, untersucht werden. Diese kommen aufgrund der Bestrahlung mit Neutronen zustande, die zu einer Aktivierung in den Reaktormaterialen führt. Misst man die veränderten Isotopenzusammensetzungen können Rückschlüsse auf den Neutronenfluss und damit auf die Operationshistorie gezogen werden.
Indem wir mehrere Isotopenverhältnisse gleichzeitig untersuchen, wollen wir ein detailliertes Bild der Operationshistorie erhalten. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf radioaktiven Isotopen, die beispielsweise Rückschlüsse auf die Länge der Stillstandszeiten eines Reaktors ermöglichen.
Mit der Möglichkeit detailliertere Informationen zu erhalten, steigt allerdings auch die Komplexität des Analyseprozesses. Da eine direkte Inversion der Prozesse im Reaktor nicht möglich ist, müssen wiederholte Vorwärtssimulationen durchgeführt werden. Dann können numerische Methoden angewendet werden, um einen Optimierungsalgorithmus zu entwickeln, der die Inputparameter mit den Messungen in Einklang bringt.
Archäologie mit radioaktivem Abfall
Informationen über die Betriebshistorie von Reaktoren können erlangt werden, indem die Zusammensetzung der produzierten radioaktiven Abfälle bestimmt wird. Die Historie wird dabei durch eine Reihe von Parametern beschrieben, zum Beispel der Abbrand des Brennstoffes und die vergangene Zeit seit der Bestrahlung. Ihre Rekonstruktion ist ein komplexes inverses Problem. Wir basieren unsere Lösung auf das Bayes'sche Framework, mit welchem Expertenwissen und eine Deklaration von entsprechenden Staaten mit umfassenden mathematischen Modellen und Reaktorsimulationen und Messungen der Isotopenverhältnisse von radioaktivem Wiederaufbereitungsabfall kombiniert werden können. Die rekonstruierten Parameter können bei einer erneuten Simulation des Reaktorbetriebs weiterverwendet werden, um Schätzungen der gesamten Plutoniumproduktion und ihrer Unsicherheit für einen bestimmten Reaktor zu erhalten.
Diese Ergebnisse können verwendet werden, um die Deklaration zu überprüfen und möglicherweise nicht deklarierte Produktionsaktivitäten zu ermitteln.
Diese Forschung wird vom FREIGEIST-Fellowship der VolkswagenStiftung und von der Stiftung Deutsche Stiftung Friedensforschung finanziert.