Benjamin Jung hat seine Dissertation mit dem Titel „On Isotopic Ratio Signatures for Nuclear Archaeology: A Bayesian Approach for Verifying Fissile Material Declarations“ an der RWTH Aachen abgeschlossen. Die Arbeit wurde von Malte Göttsche (CNTR/PRIF) und Achim Stahl (RWTH Aachen) betreut.

Friedliche, koope­rative und nachhaltige nukleare Abrüstung erfordert technische Verifikations­methoden, wie die der „nuklearen Archäologie“. In der Arbeit von Benjamin Jung wird die „Bayesian Reprocessing Waste Analysis Method“ (BRAM) weiter­entwickelt. Diese Methode sieht vor, anhand von Isotopen­signaturen in Proben von Wieder­aufbereitungs­abfällen den Betriebs­verlauf von Reaktoren zu rekonstruieren, um Deklarationen von Spalt­material zu verifizieren.

Zunächst wurde ein neuer Algorithmus entwickelt, um die Auswahl der Isotopen­verhältnisse zu optimieren, die als Grundlage für die Rekonstruktion dienen. Dieser vorge­schla­gene Satz von Isotopen­verhältnissen wurde so gewählt, dass er eine Unter­scheidung zwischen drei verschiedenen Reaktor­typen – PWR, PHWR und Magnox – ermöglicht und bisher vernach­lässigte Inferenz­parameter, nämlich den Anreicherungs­grad und die Leistungs­dichte, rekonstruiert.

Mit zwei systematischen, simulations­basierten Testreihen wurde gezeigt, dass diese Isotopen­verhältnisse vier Reaktor­betriebs­parameter erfolgreich rekonstruieren können. Dabei wurde eine Bandbreite möglicher Parameter­kombinationen abgedeckt, wobei der Schwerpunkt auf niedrigen Abbrand­werten (0.1MWd kg−1 bis 9MWd kg−1) lag. Die erste Testreihe zeigte, dass eine Rekonstruktion von Parametern möglich ist, wenn Abfälle aus zwei Reaktor­zyklen verschiedener Reaktoren in einer Probe vermischt wurden. Die zweite Test­reihe zeigte, dass es möglich ist, bei unbe­kannter Herkunft der Probe zwischen drei Reaktor­typen zu unterscheiden und gleichzeitig Rückschlüsse auf die Betriebs­parameter zu ziehen.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden erste Schritte zur Validierung der Methode anhand experimenteller Daten aus der SFCOMPODatenbank unternommen. Dabei ließen sich Parameter wie der Abbrand, die Leistungs­dichte und der Anreicherungs­grad für einen Druckwasser­reaktor sowie der Abbrand, die Abkühl­zeit und die Leistungs­dichte für einen Magnox-Reaktor erfolgreich rekonstruieren, was die Funktions­weise der Methode demonstriert und gleichzeitig die Not­wendigkeit genauer Unsicher­heits­analysen hervorhebt.

Schließlich verdeutlicht eine simulations­basierte Fallstudie anhand des nord­koreanischen 5MWe-Reaktors den potenziellen Nutzen des Bayes’schen Ansatzes: Sie zeigt, dass bestehende Annahmen über die Geschichte des Reaktors bestätigt oder widerlegt werden könnten und dass die Möglichkeit besteht, weitere Informationen über den frühen Reaktor­betrieb zu gewinnen. Insgesamt zeigt diese Arbeit viel­versprechende Fortschritte bei der Entwicklung der BRAM als Methode zur Rekonstruktion der Betriebs­geschichte von Reaktoren und zur Überprüfung der nuklearen Abrüstung.