Zal de recente terugtrekking van de VS uit een akkoord van 2015 dat beperkingen oplegt aan het nucleaire programma van Iran het voor Iran gemakkelijker maken om de bom in het geheim te achtervolgen? Onwaarschijnlijk, volgens Scott Kemp, een universitair hoofddocent nucleaire wetenschap en techniek aan het MIT.

"De krachtigste inzichten in het nucleaire programma van Iran komen van traditionele inlichtingendiensten, niet van inspecties door de Internationale Organisatie voor Atoomenergie, " zegt Kemp, die deze week een commentaarartikel publiceerde in Natuur over het samenspel van beleid en wetenschap in Noord-Korea.

Maar geheime kernwapenprogramma's, hetzij in Iran, Noord Korea, of elders in de wereld, zijn een groot onopgelost probleem, volgens Kemp. Hij legde onlangs de technische uitdagingen uit die gepaard gaan met de jacht op clandestiene locaties. En hij drong aan op een mogelijke oplossing.

Waar inspecteurs naar zoeken?

Inspecteurs willen op zoek naar de geheime productie van plutonium of hoogverrijkt uranium, zegt Kemp. Het vervaardigen van een echt explosief kan snel en discreet worden gedaan zodra een van deze ingrediënten in voldoende hoeveelheid is verzameld. "Het montagewerk kan in een kantoorgebouw worden gedaan, ondergrondse faciliteit, of zelfs in een grote keuken. Het is bijna onmogelijk om te detecteren wanneer het programma dit punt bereikt."

Het goede nieuws, relatief gezien, is dat de productie van deze explosieve materialen veelbetekenende aanwijzingen kan achterlaten.

"Alle internationale inspanningen om nucleaire proliferatie te voorkomen, zijn gericht op het voorkomen van de productie van plutonium en hoogverrijkt uranium, ", zegt Kemp. "De hoop is om te voorkomen dat het materiaal ooit wordt geproduceerd, in de eerste plaats, of in ieder geval in voldoende hoeveelheden om een ​​atoombom te maken."

Wat zijn de veelbetekenende aanwijzingen van geheime productie?

"De productie van plutonium of hoogverrijkt uranium is een ingrijpende operatie die mensen en tijd vergt, ", zegt Kemp. Door de betrokkenheid van veel mensen heeft traditionele intelligentie enige kans om het programma te vinden. Maar traditionele intelligentie kan onbetrouwbaar zijn, vooral in gesloten samenlevingen zoals Noord-Korea. Technische mechanismen zouden een nuttige overlay bieden.

Detectie van plutoniumproductie, Kemp zegt, is om verschillende redenen gemakkelijker dan het opsporen van de productie van verrijkt uranium. De eerste aanwijzing is de hittesignatuur. "Bijna alle productie van plutonium vindt plaats in kernreactoren, en ze produceren natuurlijk veel warmte, "zegt hij. "Er zijn slimme dingen die een land kan doen om de hittesignatuur te verbergen, maar ze zijn niet eenvoudig. Infraroodsatellieten kunnen zoeken naar restwarmte die gebouwen verlaat, of in rivieren of oceanen worden gepompt.

Een tweede aanwijzing komt van chemische handtekeningen. De verwerking van reactorbrandstof om plutonium te extraheren leidt tot chemisch afvalwater, wat een andere veelbelovende detectieroute zou kunnen zijn. "Naast plutonium, de kernreactor zal ook een mix van andere radionucliden produceren - en hoewel de meeste in de reactor vastzitten, een paar lekken naar het milieu, " zegt Kemp, "vooral de edelgassen, zoals radioactieve isotopen van xenon en krypton."

Wetenschappers kunnen deze isotopen mogelijk detecteren:xenon-131, xenon-135, en krypton-85 — wanneer ze in de omgeving sijpelen. "Regeringen gebruiken al detectoren om naar die kleine handtekeningen van de operatie te zoeken, "zegt hij. "Maar een land kan allerlei mooie dingen doen, zoals het cryogeen bevriezen van het afgas, om de chemische handtekening te elimineren als ze dat wilden. Dus we kunnen op deze manier al dan niet tekenen van plutoniumproductie vinden."

En hoe zit het met uraniumverrijking? "Het produceert ook een duidelijke chemische handtekening, " zegt Kemp, die wordt veroorzaakt wanneer uraniumhexafluoride (UF6) gas in de atmosfeer lekt. De kans op een lek is zeer klein, maar het gebeurt. Wanneer het gas in de open lucht ontsnapt, waterdamp zorgt ervoor dat het uiteenvalt in fluorwaterstofzuur en een specifiek soort stofachtige aerosol. Het fluorwaterstofzuur is niet bruikbaar in termen van detectie. Het is te reactief en verdwijnt wanneer het in aanraking komt met vuil, of een gebouw, of een boom. "Je gaat het op geen enkele zinvolle afstand ontdekken, " zegt Kemp. Maar het andere bijproduct, de stofachtige aerosol, is een ander verhaal.

Een nieuwe manier om geheime nucleaire activiteit te volgen

Het stof dat vrijkomt bij de verrijking van uranium is een aerosol genaamd uranylfluoride (UO2F2), en het heeft een chemische vorm die uniek is voor uraniumverwerkingsactiviteiten, zegt. Kempen. Hij is geïnteresseerd om samen met zijn collega's van de technische faculteit detectoren te ontwikkelen die de kenmerkende chemische bindingen van het molecuul kunnen identificeren. "Er zijn veel technieken om moleculen te identificeren, maar de gevoeligheid die in dit geval vereist is, is buitengewoon hoog, en de aerosolvorm biedt een aantal andere uitdagingen, " hij zegt.

"Als we extreem gevoelige detectoren zouden kunnen bedenken die goedkoop genoeg zijn om in een land te plaatsen zonder veel luxe apparatuur of onderhoud, we zouden een belangrijke bijdrage leveren aan het probleem van het opsporen van clandestiene programma's voor de verrijking van uranium." Stel je voor, hij zegt, zoiets als kleine weerstations met een doos op zonne-energie met een fraudebestendige verzegeling. Het heeft een kleine ventilator die lucht blaast over een sensor die de veelbetekenende U-F-binding zoekt, en stuurt vervolgens een waarschuwingssignaal als het molecuul wordt gedetecteerd.

"Na een gelokaliseerde detectie, je zou weergegevens kunnen gebruiken om achteruit te projecteren en de meest waarschijnlijke plaatsen te schatten waar dit molecuul vandaan kwam. Als je het uiteindelijk zou kunnen beperken tot een paar gebouwen of een paar stadsblokken, dan zou het voor internationale inspecteurs haalbaar zijn om op grond van bestaande wettelijke bepalingen toegang te vragen om te zien wat erin zit."

Een terugkeer naar de politiek

De voortdurende aanwezigheid van het Internationaal Agentschap voor Atoomenergie, die de meest gevoelige fabrieken en onderzoekslaboratoria van Teheran controleert, wordt bepaald door het reeds lang bestaande Verdrag inzake de niet-verspreiding van kernwapens, of NPT, waar Iran zich waarschijnlijk niet uit zal terugtrekken, zegt Kemp. Dat betekent dat inspectieteams bekende nucleaire installaties kunnen blijven controleren als voorheen.

Echter, een bijzondere bepaling, het Aanvullend Protocol genoemd, heeft het IAEA de afgelopen drie jaar ruime toegang verleend, inclusief het recht om eropuit te gaan om tips over verdachte sites te onderzoeken. Deze bepaling staat de IAEA ook toe om omgevingssensoren in te zetten zoals Kemp wil bouwen. Het zijn deze extra privileges die in gevaar zouden komen als Iran zich terugtrekt uit het akkoord van 2015, zegt Kemp. De IAEA heeft deze privileges gebruikt om ten minste 60 bezoeken te brengen aan faciliteiten die geen deel uitmaken van het verklaarde nucleaire programma van Iran.

"Maar uiteindelijk stuurt de politiek dit aan, " voegt hij eraan toe. "Als inspecteurs iets geleerd hebben, of het nu gaat om intelligentie of sensoren, maar werden de extra toegang geweigerd die nodig was om de leiding op te volgen, dan zou de internationale gemeenschap waarschijnlijk van het ergste uitgaan. Het zou daarom nog steeds in het belang van Iran zijn om vervolgtoegang te bieden, zelfs als dat technisch niet nodig was, dat wil zeggen:tenzij ze echt iets verborgen hielden."