Safeguards Nukleáris biztosítékok rendszere Csige András Budapest, 2015.11.24.
Három alapkérdés Miért? - Történeti áttekintés Mit? - Nukleáris anyagok Hogyan? - NAÜ biztosítéki rendszer
Miért?
Történeti áttekintés Manhattan terv (1943-1945) Hirosima és Nagaszaki (1945 augusztus) USA atomtörvény (1946) Hasadóanyagok kormányszervek kezében Restricted data (korlátozott hozzáférésű minősített adat): (1) atomfegyverek tervezésével, gyártásával, felhasználásával (2) speciális nukleáris anyag előállításával (3) speciális nukleáris anyag energiatermelésben való felhasználásával kapcsolatos minden adat, amíg a törvényben leírt módon fel nem oldják a minősítését. Szovjet kísérleti robbantás 1949 augusztusában USA nukleáris monopólium megszűnik
Történeti áttekintés Minőségi és mennyiségi fegyverkezési verseny (taktikai fegyverek, bevethető H-bomba) USA atomtörvény (1954) Nagy mennyiségű adat minősítés alóli feloldása egyszerűbbé válik. Nukleáris energia polgári célú felhasználása lehetségessé válik. Atoms for Peace program (1954) ENSZ konferencia az atomenergia békés célú felhasználásáról (Genf, 1955) Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (International Atomic Energy Agency) alapítása (1957)
Történeti áttekintés A NAÜ 3 feladata: A nukleáris energia békés célú használatának elősegítése. A nukleáris biztonság magas szintjének elősegítése. Nukleáris biztosítékok rendszerének működtetése azzal a céllal, hogy ellenőrízni lehessen, hogy a nukleáris energiát katonai célra nem használják fel. Exportorientált biztosítéki egyezmények: INFCIRC/26 (1961): Nukleáris biztosítéki rendszer maximum 100 MW hőteljesítményű kutatóreaktorok részére. INFCIRC/66/Rev.2 (1965-68): Nukleáris biztosítéki rendszer reaktorok, üzemanyag gyártó üzemek, reprocesszáló üzemek részére
Történeti áttekintés N-edik ország kísérlet (1964-1967, Lawrence Livermore National Laboratory, USA). 3 fizikus, PhD-val, de minősített adat előzetes ismerete nélkül, az N-edik ország feltételezett erőforrásainak szimulálásával, 3 emberév munkával sikeresen implóziós nukleáris robbanóeszközt tervezett. Egy nukleáris robbanóeszköz megtervezése relatíve egyszerű, az igazi korlát a speciális nukleáris anyagokhoz való hozzáférés!
Történeti áttekintés Atomsorompó szerződés (1968, Mo.: 1970. évi 12. törvényerejű rendelet): A világot felosztja nukleáris fegyverrel rendelkező államokra (nuclear-weapon State - NWS) és nukleáris fegyverrel nem rendelkező államokra (non-nuclear-weapon State - NNWS) (1) NWS nem ad át nukleáris fegyvert NNWS-nek / nem segít NNWS-nek nukleáris fegyvert előállítani, vagy afölött ellenőrzést szerezni. (2) NNWS nem próbál nukleáris fegyverhez jutni. (3) NNWS elfogadja, hogy a NAÜ ellenőrzi, hogy betartja-e a szerződésben foglaltakat. (4) A nukleáris energia békés célú felhasználása elidegeníthetetlen joga minden részes államnak, ebben segíteniük kell egymást.
Történeti áttekintés Atomsorompó szerződés (1968, Mo.: 1970. évi 12. törvényerejű rendelet): (5) Békés célú nukleáris robbantások lehetősége (elvileg) minden részes államnak rendelkezésére áll. (6) Jóhiszemű tárgyalásokat kell folytatni, melyek végcélja az általános és teljes leszerelés. (7) Államok csoportjának jogában áll regionális szerződéseket kötni atomfegyvermentes övezetekről.
Történeti áttekintés Átfogó biztosítéki egyezmények (Comprehensive Safeguards Agreement) Modell dokumentum: INFCIRC/153 (1972) Bilaterális egyezmények a NAÜ és részes államok között. Alapja az állam deklarációja a nukleáris anyagokról és azokat előállító/felhasználó létesítményekről. A NAÜ a deklaráció pontosságát és teljességét ellenőrzi. Környezeti mintavétel a deklarált telephelyeken lehetséges.
Történeti áttekintés Izraeli légicsapás az iraki reaktorra (Osirak / Tammuz-1) Iraki polgári nukleáris program kezdete 1956-ban. Első kutatóreaktor 1967-ben. NPT ratifikáció 1969-ben. Titkos atomfegyverprogram 1972-től. NAÜ-től kapott információk felhasználása a fegyverprogramhoz. Érdeklődés elavult, természetes urán üzemanyagú, kettős felhasználású atomerőmű (MAGNOX) importálása iránt. Nagy teljesítményű kutatóreaktor építése francia segítséggel. A felépült, de még el nem indított reaktort az izraeli légierő megsemmisítette 1981 június 7-én.
Történeti áttekintés Az 1980-as években Irak az exportkorlátozásokat kijátszva titkos urándúsítási programba kezdett. A választott technológia (EMIS/ Calutron ) kizárta a békés célú felhasználást. A titkos program nagyságát csak az 1991-es Öböl-háború utáni fegyverzetellenőrzések fedték fel (UNSCOM). A nemzetközi közösség felismerte a teljes körű biztosítéki egyezmények (CSA) elégtelenségét.
Történeti áttekintés Kiegészítő jegyzőkönyv (Additional Protocol) Modell dokumentum: INFCIRC/540 További, kiterjesztett ellenőrzési lehetőségek a NAÜ kezében, hogy nem bejelentett nukleáris anyagok nyomait keresse. A részes állam kibővített, a teljes nukleáris programot felölelő deklarációja (beleértve a kutatás/fejlesztést, bányászatot, importot/exportot). A NAÜ könnyebben ellenőrízhet a bejelentett telephelyeken kívül.
Mit?
Nukleáris anyagok A nukleáris robbanóeszközökben gyors neutronokon alapuló hasadási láncreakció zajlik. Egyetlen hasadóképes izotóp a természetben: (0.72%) Legfontosabb mesterséges hasadó izotópok: 238 92 1 0 239 92 U + n U 232 90 1 0 Th + n 233 90 239 93 Th Np 233 91 239 94 Pu 233 92 Pa U 235 U
Robbanóeszközökben használható nukleáris anyagok U és 238U keveréke, ahol a 235U részaránya 20% vagy több (magas dúsítású urán / HEU). 235 233 U és 238U keveréke, ahol a 233U részaránya 12% vagy több. Plutónium izotópok olyan keveréke, amelyben a 238Pu részaránya kevesebb mint 80%.
IAEA Safeguards technical objective the timely detection of diversion of significant quantities of nuclear material from peaceful nuclear activities to the manufacture of nuclear weapons or of other nuclear explosive devices or for purposes unknown, and deterrence of such diversion by the risk of early detection [INFCIRC/153, para. 28]
IAEA biztosítéki rendszer technikai célkitűzése időben felismerni szignifikáns mennyiségű nukleáris anyag eltérítését a békés célú alkalmazásból, nukleáris fegyver, nukleáris robbanóeszköz készítéséhez, vagy egyéb, ismeretlen célból, és az eltérítéstől való elrettentés a korai detektálás kockázatával [INFCIRC/153, para. 28]
Konverziós idő - CT A nukleáris anyagból nukleáris robbanóeszközhöz szükséges fém alkatrészek legyártásához szükséges idő: fém Pu, HEU vagy 233U: Néhány nap (710) PuO2, HEU vagy 233U oxid: Néhány hét (13) Besugárzott üzemanyagban lévő Pu, HEU vagy 233U: Néhány hónap (13) LEU, természetes U, DU, Th: Hónapok (312)
Szignifikáns mennyiség - SQ Nukleáris anyag hozzávetőleges mennyisége, amelyből - figyelembe véve a veszteségeket is - egy nukleáris robbanóeszköz létrehozása nem zárható ki. Direkt felhasználású anyagok: 8 kg plutónium vagy 233U 25 kg 235U magas dúsítású uránban. Indirekt felhasználású anyagok: 75 kg 235U természetes vagy alacsony dúsítású uránban
US Department of Energy által nyilvánosságra hozott információk Körülbelül 6 kg plutónium elméletileg elegendő egy nukleáris robbanóeszköz létrehozásához. (1993) Hipotetikusan 4 kg plutónium vagy urán-233 elegendő egy nukleáris robbanóeszközhöz. (1994) A Trinity kísérleti berendezés, illetve a Fat Man bomba körülbelül 13,5 font (6 kg) plutóniumot tartalmazott. (2000) Az érvényes amerikai jogszabályok szerint 2 kg Pu vagy 5 kg 235U HEU formában már stratégiai mennyiségű speciális nukleáris anyagnak számít.
Egy másik számítási lehetőség: az effektív kilogramm Különleges, a nukleáris biztosítéki ellenőrzés terén alkalmazott mértékegység. Az effektív kilogrammot a következőképpen kell meghatározni: a) plutónium esetében a súly kilogrammban; b) a kilogrammban mért súly értékét megszorozva a dúsítás négyzetével a 0,01 (1%) vagy ennél nagyobb dúsítású urán esetében; c) a kilogrammban mért súly értékét megszorozva 0,0001-gyel a 0,01 (1%)-nál kisebb és 0,005-tel (0,5%)-nál nagyobb dúsítású urán esetében; d) a kilogrammban mért súly értékét megszorozva 0,00005-tel a 0,005 (0,5%), vagy az ennél kisebb dúsítású szegényített urán és a tórium esetében. (a 2006. évi LXXXII. törvény írja ezt figyelmen kívül hagyva, hogy a kilogramm nem súly mértékegység...)
Hogyan?
A nukleáris biztosítéki rendszer elemei Könyvelés (Nuclear material accountancy) Körülhatárolás és felügyelet (Containment and surveillance) Környezeti minták ellenőrzése
Még a könyvelés megkezdése előtt... A létesítmény alapvető műszaki jellemzőit tartalmazó dokumentumot (Design Information Questionnaire - DIQ) még a nukleáris anyag létesítménybe történő szállítása előtt a NAÜ-nek be kell nyújtani. A DIQ az alábbiakat tartalmazza: A létesítmény általános leírása. A felhasznált nukleáris anyag formája, mennyisége, helye és mozgása. A létesítmény alaprajza a körülhatárolási intézkedésekkel. A nukleáris anyag könyvelésével kapcsolatos szabályok. A NAÜ meghatározza a létesítmény biztosítéki ellenőrzéséhez szükséges anyagmérleg-körzeteket, mérési kulcspontokat és egyéb stratégiai pontokat
Material balance area (MBA) anyagmérleg-körzet : olyan terület, ahol: a) meghatározható az egyik anyagmérleg-körzetből a másikba átszállított nukleáris anyagok mennyisége, és b) szükség esetén minden anyagmérleg-körzetben meghatározható a nukleáris anyagok tényleges leltárkészlete az előírt eljárásoknak megfelelően, azzal a céllal, hogy az anyagmérleg megállapítható legyen Példa: Oktatóreaktor
Key measurement point (KMP) mérési kulcspont az a hely, ahol nukleáris anyag olyan formában jelenik meg, hogy az anyagáramlás és a készlet meghatározása érdekében mérhető, beleértve többek közt azokat a helyeket, ahol az anyagmérlegkörzetekben nukleáris anyag belépése, kilépés, illetve tárolása történik Példa: pihentető medence egy atomerőműben
Könyvelés a létesítmények szintjén A nukleáris a nyagokkal kapcsolatos műveleteket anyagmérleg-körzetekhez kell rendelni. Leltárkészlet nyilvántartást kell vezetni minden anyagmérleg-körzetben. Az anyagmérleg-körzetek közötti szállítást, illetve a nukleáris anyag mennyiségének más okokból történő változását (pl. anyag keletkezése, fogyása, hulladékká átminősítése, elvesztése és megtalálása) mérni kell és fel kell jegyezni. A nukleáris anyagok könyv szerinti, illetve tényleges mennyiségét rendszeresen össze kell hasonlítani (leltárellenőrzés).
Könyveléssel kapcsolatos állami feladatok Leltárjelentéseket kell készíteni és benyújtani a NAÜ-nek. Meg kell bizonyosodni arról, hogy a létesítmények betartják a könyveléssel kapcsolatos szabályokat. Biztosítani kell a NAÜ ellenőröknek az ellenőrzéshez szükséges körülményeket (hozzáférés a létesítményekhez, vízum, stb.)
Könyveléssel kapcsolatos NAÜ feladatok Államok által benyújtott jelentések független ellenőrzése és a biztosítéki egyezményben leírt ellenőrzések elvégzése. A nukleáris anyagok ellenőrzésére az állam által létrehozott rendszer hatékonyságának vizsgálata. Visszajelzés az állam részére a NAÜ ellenőrzések tapasztalatáról.
Rendszeres jelentések a NAÜ részére A létesítmények közvetlenül nem kommunikálnak a NAÜ-vel: Létesítmény Állam NAÜ Készletváltozási jelentés (ICR): havonta, a készlet aktuális változásairól (szállítások, nukleáris reakciók miatti változások, talált anyagok stb.) Tényleges leltárkészleti jegyzék (PIL): évente, teljes lista a létessítményben található, ellenőrzés alá eső anyagokról Anyagmérleg-jelentés (MBR): évente, a könyv szerinti mennyiségek és a tényleges mennyiségek összehasonlításáról
Példa a nukleáris anyagok NAÜ általi ellenőrzésére: gamma spektroszkópia Urán dúsítottság ellenőrzése a 186 kev-es γ vonal mérésével. Plutónium izotópok keverékének (238Pu, 239Pu, 240Pu and 241Pu) és bomlástermékeinek mérése a pontos összetétel meghatározása céljából. Besugárzott üzemanyag meghatározása különböző hasadási termékek és transzuránok γ vonalainak mérésével.
Nukleáris anyagok NAÜ ellenőrzése Sokcsatornás analizátor NaI detektorral és számítógéppel
Nukleáris anyagok NAÜ ellenőrzése Sokcsatornás analizátor CdZnTe detektorral és számítógéppel
Nukleáris anyagok NAÜ ellenőrzése Nagy felbontású, elektronikusan hűtött hordozható gamma spektrométer (ECGS)
Nukleáris anyagok NAÜ ellenőrzése
Nukleáris anyagok NAÜ ellenőrzése HM-5 gamma spektrométer
Nukleáris anyagok NAÜ ellenőrzése Cserenkov fény ellenőrző kamera (ICVD)
Körülhatárolás és felügyelet (Containment and Surveillance) Bejelentett tevékenységek monitorozása. Nem bejelentett tevékenységek detektálása. Ellenőrző berendezések integritásának vizsgálata. continuity of knowledge Ellenőrök terhelésének csökkentése.
Containment A létesítmény, tárolóhelyek vagy berendezések olyan kialakítása, ami lehetővé teszi egy terület vagy eszköz integritásának biztosítását, megakadályozva a nukleáris anyagok ellenőrízetlen mozgását, így fenntartva az anyagról rendelkezésre álló információ folyamatosságát. Példa: üzemanyag tároló konténer.
Surveillance Ellenőrök vagy műszaki eszközök által gyűjtött megfigyelések, melyek célja a nukleáris anyagok mozgásának, valamint a körülhatárolási intézkedéseknek az ellenőrzése. Példa: NAÜ kamerák.
Plombák Réz/bronz fém plomba, elektronikus plomba, üvegszál plomba
Fém plomba Fém plomba felhelyezése kiégett üzemanyag konténerre
Fém plomba Fém plomba felhelyezése kiégett üzemanyag konténerre
Fém plomba Fém plomba ellenőrzése
NAÜ kamera All in one surveillance (ALIS) unit
NAÜ kamera Next generation of surveillance system (NGSS)
Környezeti minták vizsgálata Nem bejelentett nukleáris tevékenységek keresése. Dörzsmintavétel dúsítókban és forrókamrákban. Mintavétel általában a kiegészítő jegyzőkönyv alapján végzett ellenőrzések során. Nagyon érzékeny vizsgálati módszerek, pl. tömegspektroszkópia.
Kiegészítő jegyzőkönyv alapján végzett ellenőrzések A kiegészítő jegyzőkönyv alapján hozzáférést kell biztosítani a NAÜ ellenőrök részére az alábbi helyekhez: az állam területén lévő összes, üzemanyagciklussal kapcsolatos helyszín nukleáris telephely összes épülete minden telephely, ahol nukleáris anyagot nem nukleáris céllal használnak egyedi megegyezések alapján további helyszínek, amihez a NAÜ hozzáférést kér
Dörzsminta vétel Dörzsminta vételhez szükséges készlet
Dörzsminták vizsgálata NAÜ tiszta labor
Dörzsminták vizsgálata ICP-MS tömegspektrométer
További olvasnivaló IAEA Safeguards Glossary (IAEA 2011) Safeguards Techniques and Equipment (IAEA 2011) The evolution of IAEA safeguards (IAEA 1998) INFCIRC/153 (IAEA 1972) INFCIRC/540 (IAEA 1997)