Uranium is niet altijd hetzelfde:afhankelijk van of dit chemische element wordt vrijgegeven door de civiele nucleaire industrie of als neerslag van kernwapentests, de verhouding van de twee antropogene, d.w.z. door de mens gemaakt, uranium isotopen ²³³ jij en ik ²³⁶ U varieert. Deze resultaten werden onlangs gevonden door een internationaal team rond natuurkundigen van de Universiteit van Wenen en bieden een veelbelovende nieuwe "vingerafdruk" voor de identificatie van radioactieve emissiebronnen. Als gevolg hiervan, het is ook een uitstekende omgevingstracer voor oceaanstromingen, zoals weergegeven in Nature Communications.

De oceanen bevatten van nature concentraties van het element uranium (U) in het bereik van enkele microgrammen per kilogram water. Door de opgeloste chemische vorm, uranium wordt niet door sedimentatie uit het water verwijderd, maar wordt getransporteerd en vermengd met de bijbehorende watermassa's. Deze chemische eigenschappen maken het mogelijk om watertransportprocessen in zeestromingen te traceren, die een sterke invloed hebben op ons klimaat.

Uranium als oceanografische indicator

Dit geldt ook voor zogenaamde antropogene uraniumisotopen die vrijkomen door menselijke activiteiten, zoals nucleaire opwerkingsfabrieken, reactorongevallen of atmosferische kernwapentests. Een voordeel van het gebruik van antropogene uraniumisotopen voor het volgen van oceaanstromingen is hun hoge gevoeligheid voor kleine, recente invoer van uranium in het grote reservoir van natuurlijk uranium. Door de verspreiding van sporennucliden vanaf de bron van hun emissie te observeren, wetenschappers kunnen het watertransport in de aangrenzende zeeën afleiden.

De Isotope Physics-groep aan de Universiteit van Wenen startte de analyse van de antropogene sporenisotoop ²³⁶ U enkele jaren geleden, die nu in toenemende mate als een oceanografische tracer door de respectieve wetenschappelijke gemeenschap is aanvaard. Echter, in systemen die worden beïnvloed door meerdere bronnen van verontreiniging, zoals de Noordelijke IJszee, een enkele isotoop is niet voldoende voor het opsporen van oceaanstromingen omdat er te weinig bekend is over de emissiegeschiedenis van de verschillende bronnen.

²³³ U/ ²³⁶ U—de nieuwe isotopische vingerafdruk

"Dus we waren op zoek naar een tweede antropogene uraniumisotoop, die wordt geproduceerd tijdens de explosie van kernwapens, maar nauwelijks in conventionele kerncentrales. Op het gebied van kernfysica, ²³³ U bleek een veelbelovende kandidaat, " legt Peter Steier uit, een van de initiatiefnemers van het onderzoek.

De wetenschappers slaagden erin om de kleinste hoeveelheden ²³³ jij en ik ²³⁶ U met behulp van accelerator massaspectrometrie (AMS) bij de Weense Environmental Research Accelerator (VERA). De monsters die door internationale samenwerkingspartners werden verstrekt, omvatten een koraalkern uit de Stille Oceaan, een veenkern uit het Zwarte Woud en monsters uit de Ierse en de Baltische Zee. De detectie van de extreem lage concentraties van ²³³ jij, bijvoorbeeld 1 femtogram per gram koraal, was pas mogelijk na een grote upgrade van de VERA-faciliteit.

De hypothese van de natuurkundigen werd bevestigd, zoals ze een vonden ²³³ U/ ²³⁶ U-ratio in monsters uit de Ierse Zee, waarvan bekend is dat het zwaar wordt beïnvloed door lozingen van de opwerkingsfabriek in Sellafield, tien keer lager dan in de monsters uit het Duitse veengebied waar de wereldwijde neerslag van wapenproeven zich had opgehoopt. De gegevens van de koraal- en veenkern kunnen zelfs worden toegeschreven aan verschillende fasen van de testprogramma's voor atmosferische kernwapens.

Nieuwe inzichten in de neerslag van kernwapens

De auteurs stellen dat aanzienlijke hoeveelheden ²³³ U werden vrijgelaten door thermonucleaire wapens, waarin de isotoop wordt geproduceerd door snelle neutronenvangst in hoogverrijkt uranium, of door de explosie van wapens met een laag rendement waarbij: ²³³ U werd direct als brandstof gebruikt. "Onze experimentele gegevens laten zien dat de bijdragen aan de wereldwijde uitval van wapens, zoals we nu weten, de ²³³ Uraniumbalans in het moeras. Dit suggereert een bijdrage van de enige bekende ²³³ U-bom getest op de testlocatie in Nevada, ", zegt eerste auteur Karin Hain van de Universiteit van Wenen.