W&F 2020/1

Wie werden Kernwaffen zerstört?

Eine Abschätzung von Abrüstungsraten

von Moritz Kütt

Der 2017 verhandelte »Vertrag über das Verbot von Kernwaffen« sieht zwei Möglichkeiten vor, wie Staaten, die im Besitz von Kernwaffen sind, Vertragsmitglieder werden können: Entweder rüsten sie zuerst ab und treten dann dem Vertrag bei. Oder sie treten zunächst bei und zerstören anschließend Kernwaffen und ihr Kernwaffenprogramm in einem zeitlich begrenzten Prozess, der mit den anderen Mitgliedsstaaten vereinbart wurde. Die Art und Dauer dieses Prozesses ist im Vertrag noch nicht festgelegt, und bislang wurde diese Frage in der öffentlichen Diskussion nur selten aufgeworfen.

Dieser Text diskutiert die notwendigen Schritte zur Zerstörung von Kernwaffen und gibt einen Überblick über die mögliche Dauer des Prozesses.1 Dieses Wissen ist relevant für die Vertragsstaaten, da sie innerhalb eines Jahres nach Inkrafttreten des Vertrags2 ein gemeinsames Treffen abhalten und eine allgemeingültige Frist für die Zerstörung von Kernwaffen festlegen müssen. Dieses Wissen ist aber auch von Bedeutung, wenn sich die Kernwaffenstaaten anderweitig auf die Beseitigung ihrer Kernwaffen einigen. Unabhängig vom Weg in die kernwaffenfreie Welt wird nach einer politischen Einigung immer die überprüfbare Abrüstung von Kernwaffen und die Zerstörung der verwendeten Komponenten nötig sein. Genaue Kenntnisse des dafür erforderlichen Abrüstungsprozesses und der zeitlichen und räumlichen Limits sind überdies schon während entsprechender Verhandlungen hilfreich.

Jüngste Schätzungen beziffern die Anzahl existierender Kernwaffen auf 13.890 (Kristensen und Korda 2019). Neun Länder besitzen Kernwaffen. Die USA und Russland haben mit ca. 90 % den weitaus größten Anteil an der Gesamtzahl. Neben einsatzbereiten Kernwaffen gibt es in den Arsenalen der beiden Staaten Tausende Waffen, die nicht mehr operativ eingesetzt werden und auf baldige Abrüstung warten. Die anderen Staaten (China, Frankreich, Indien, Israel, Nordkorea, Pakistan und Vereinigtes Königreich) besitzen Arsenale im Umfang von wenigen Dutzend bis hin zu einigen Hundert Kernwaffen. Es wird angenommen, dass diese Staaten derzeit keine Waffen besitzen, die nicht einsatzbereit bzw. zur Abrüstung vorgesehen sind.

Für eine erste Abschätzung der Dauer von Abrüstung kann folgende Rechnung dienen: Insgesamt 125.000 Kernwaffen wurden zwischen 1945 und 2013 produziert (Kristensen und Norris 2013). Etwa 2.050 Kernwaffen wurden für Kernwaffentests genutzt. Bezogen auf die aktuell knapp 14.000 Kernwaffen wurden in den 75 Jahren seit Bau der ersten Kernwaffen ca. 109.000 Kernwaffen abgerüstet oder vernichtet, im historischen Durchschnitt etwa 1.450 pro Jahr. Mit dieser Geschwindigkeit könnte der heutige Bestand an Kernwaffen in knapp einem Jahrzehnt vollständig abgerüstet werden.

Wie wird eine Kernwaffe abgerüstet?

Die Mehrzahl der Waffen in heutigen Arsenalen sind thermonukleare Waffen, d.h. sie sind zweistufig aufgebaut. Die erste Stufe (primary) ist eine Spaltwaffe. Sie besteht aus einem »pit«, einer Hohlkugel aus Spaltmaterial (hochangereichertes Uran/HEU oder Plutonium). Diese ist umhüllt von einem neutronenreflektierenden Dämpfer und konventionellem Sprengstoff, um die Explosion auszulösen und die Hohlkugel zu komprimieren. Daneben enthält die erste Stufe einen Neutronengenerator, der zu Beginn der Explosion die Spaltungskettenreaktion (fission) startet, sowie einen Behälter mit Deuterium-Tritium-Gas. Dieses wird ins Innere der Hohlkugel geleitet und verstärkt die Sprengkraft der ersten Stufe (boosting). Die zweite Stufe (secondary) besteht aus Lithium-Deuterid als Material für die Kernschmelze (fusion) und zusätzlichem Spaltmaterial. Dieses Spaltmaterial dient als Dämpfer sowie zur Zündung der zweiten Stufe (spark-plug). Ausgelöst wird diese Zündung durch die Energie der ersten Stufe (Feiveson et al. 2014) (siehe Abb. S. 38).

Die nuklearen Komponenten einer Kernwaffe werden oft als »physics package« bezeichnet. Neben den nuklearen Komponenten sind weitere, nicht-nukleare Bauteile in Kernwaffen vorhanden. Der Behälter des Deuterium-Tritium-Gases lässt sich vergleichsweise leicht austauschen. Tritium hat eine Halbwertszeit von 12,3 Jahren und muss daher regelmäßig ersetzt werden. Der Zündungsmechanismus von Kernwaffen (arming, fusing and firing mechanism) stellt die notwendige Technik zur synchronen Zündung des konventionellen Sprengstoffes zur Verfügung; über ihn wird die Komprimierung der ersten Stufe eingeleitet. Ein weiteres Element ist ein Sicherheitsmechanismus, der die Kernwaffe vor einer Zündung bei unberechtigtem Zugriff schützt. Weitere Bauteile sind von den verwendeten Trägersystemen abhängig: Kernwaffen auf Interkontinentalraketen werden durch ein Hitzeschild vor Schäden beim Wiedereintritt in die Atmosphäre geschützt. Bomben, die aus Flugzeugen abgeworfen werden, haben teilweise Fallschirme, die den Fall bremsen, sowie Navigationssysteme und steuerbare Finnen, um die Zielgenauigkeit zu verbessern.

Das Office of Technology Assessment der USA beschrieb 1993 in einem öffentlich zugänglichen Bericht zentrale Abrüstungsschritte (OTA 1993): In einem ersten Schritt wird die abzurüstende Kernwaffe mit verschiedenen Verfahren untersucht, um u.a. einen Überblick über eventuelle Veränderungen seit der Produktion zu erhalten. Diese Untersuchungen dienen vor allem der Sicherheit bei der Abrüstung, könnten aber in Zukunft auch als Verifikationsinstrument genutzt werden. Früh im Abrüstungsprozess wird der Zündungsmechanismus deaktiviert bzw. der im vorigen Absatz beschriebene Sicherheitsmechanismus der Zündung aktiviert. Anschließend werden die einzelnen Komponenten voneinander getrennt. Das »physics package« wird von den nicht-nuklearen Komponenten separiert, danach werden die einzelnen Stufen der Waffe zerlegt. In der ersten Stufe wird die Spaltmaterialhohlkugel vom Sprengstoff getrennt, in der zweiten Stufe das Lithium-Deuterid von den Spaltmaterialien.

Kernwaffenstaaten nutzen für den Abrüstungsprozess spezielle Anlagen. In den meisten Fällen werden die selben Anlagen auch für den Zusammenbau und die Wartung von Kernwaffen genutzt. Kernwaffenstaaten haben nur wenige, oft nur eine einzige solche Anlage. Einzelne Arbeitsschritte werden in speziellen Sicherheitszellen und besonders gebauten Räumen (dismantlement bay) durchgeführt. Die Zahl der Anlagen, Zellen und Spezialräume ist der größte technische Flaschenhals für eine rasche Abrüstung von Kernwaffen. Sofern die Abrüstung mit einem Verzicht auf Modernisierung und Wartung einhergeht, können die dadurch freiwerdenden Kapazitäten ebenfalls für Abrüstungszwecke genutzt werden.

Wann ist eine Kernwaffe zerstört?

Weder der nukleare Nichtverbreitungsvertrag noch der Kernwaffenverbotsvertrag definieren, was eine Kernwaffe ist. Eine der ältesten Definitionen findet sich im Brüsseler Vertrag (Protokoll I, Anlage II von 1954), der den Bau von Kernwaffen für Deutschland verbot, dann aber 1991 durch den Zwei-plus-Vier-Vertrag abgelöst wurde. Weitere Definitionen finden sich in den Verträgen zu nuklearwaffenfreien Zonen. All diese Definitionen basieren auf der Funktion als Waffe und der Schadenswirkung durch die Explosion bzw. die Spaltmaterialien. Diese Charakteristika lassen sich allerdings nur schwer verifizieren, insbesondere, wenn wenig Informationen über einen Waffentyp bereitgestellt werden. Im Falle des Kernwaffenverbotsvertrages besteht die Möglichkeit der Beweisumkehr: Für die Kernwaffenzerstörung könnten einfach alle Objekte als Kernwaffen gelten, die von den besitzenden Staaten als solche definiert werden, da im Verlauf des gesamten Abrüstungsprozesses außer der Zerstörung der Kernwaffen selbst auch die Beendigung des kompletten Kernwaffenprogramms überprüft wird.

Die Definition der Zerstörung von Kernwaffen ist konzeptionell etwas einfacher. Nach einer US-amerikanischen Definition hört eine Kernwaffe auf zu existieren (ceases to exist), sobald die Spaltmaterialhohlkugel vom Rest getrennt ist (DOE 1997). Gleichzeitig bewahren die Vereinigten Staaten jedoch mehrere Millionen nicht-nukleare Komponenten und mehrere Tausend Spaltmaterialhohlkugeln in speziellen Lagern auf. Daher ist diese Definition nicht besonders weitgehend. Ein erneuter Zusammenbau der Komponenten wäre vergleichsweise einfach und in wenigen Tagen zu bewerkstelligen.

Zusammen mit meinem Kollegen Zia Mian schlug ich kürzlich eine Definition für die Zerstörung von Kernwaffen vor, die darüber hinaus geht (Kütt und Mian 2019):

„Eine Kernwaffe gilt als zerstört, wenn alle der folgenden Schritte durchgeführt wurden: Die nicht-nuklearen Komponenten wurden von den nuklearen Komponenten (physics package) getrennt, der konventionelle Sprengstoff wurde vom Spaltmaterial getrennt, und sämtliche nuklearen und elektronischen Komponenten wurden mechanisch oder chemisch unwiederbringlich so verändert, dass sie nicht ohne erhebliche zusätzlichen Bearbeitungsaufwand für eine Waffe verwendet werden können.

Diese Definition verhindert den schnellen Wiederzusammenbau nach der Abrüstung und führt damit zu einer höheren Irreversibilität der Zerstörung. Die erforderliche Abtrennung der Komponenten wurde oben beschrieben. Eine mechanische oder chemische Veränderung ist in vielen Fällen leicht möglich. Die Spaltmaterialhohlkugel kann relativ einfach verformt oder mit Draht gefüllt werden. Beides ist relativ schnell durchzuführen, aber schwierig rückgängig zu machen. Wird die Hohlkugel verformt, ist die Deformierung nicht rückgängig zu machen, sondern das Spaltmaterial muss neu in Hohlkugelform gebracht werden.

Anschließend müssen die Spaltmaterialien aus der Hohlkugel sowie aus der zweiten Stufe beseitigt werden. Hochangereichertes Uran kann mit natürlichem Uran gemischt und anschließend in zivilen Kernreaktoren eingesetzt werden. Auch Plutonium kann in Form von Mischoxid-Brennstoffen (MOX) in Reaktoren eingesetzt werden. Alternativ kann es als Zugriffsbarriere mit stark strahlendem Abfall vermischt und endgelagert werden. Bei Plutonium sind die Erfahrungen begrenzt. Weder Russland noch die USA haben, obwohl in den späten 1990er Jahren vereinbart, signifikante Mengen von überschüssigem Waffenplutonium beseitigt. Daneben gibt es auch große Mengen an separiertem zivilen Plutonium, u.a. in Großbritannien und Japan, für welches bisher ebenso keine Beseitigungslösung existiert.

Tritium aus Kernwaffen kann entweder bis zum Zerfall gelagert oder mit Sauerstoff in Wasser umgewandelt werden. Dieses Wasser ist weiterhin radioaktiv und kann erst nach ausreichender Verdünnung entsorgt werden. Lithium-Deuterid-Komponenten können separiert werden, und sowohl Lithium als auch Deuterium lassen sich zivilen Zwecken zuführen. Der konventionelle Sprengstoff wird in der Regel einfach abgebrannt und damit vernichtet. Früher geschah dies oft unter freiem Himmel; aus Emissionsgründen ist eine geschlossene Verbrennung mit Filteranlage vorzuziehen.

Die weiteren Komponenten können ebenfalls vernichtet werden, insbesondere die Elektronik. Dabei ist zum einen darauf zu achten, dass die Bestandteile durch Zerschneiden oder ähnliche Bearbeitung für die militärische Nutzung unbrauchbar gemacht werden (demilitarizing). Zusätzlich sind die Bestandteile so zu behandeln, dass etwaige sensitive Informationen zum Bau von Kernwaffen nicht mehr erkennbar sind (sanitizing). Anschließend können sie wie andere Abfälle entsorgt oder ggf. auch recycelt werden.

Wie schnell ist Abrüstung möglich?

Der historische Blick auf vergangene Abrüstung ermöglicht für einzelne Staaten eine Abschätzung möglicher Abrüstungsraten. Die Vereinigten Staaten waren hier in der Vergangenheit am transparentesten. Sie machten Abrüstungsraten von 1980 bis 2017 öffentlich, genauso wie die Zahl der in den gleichen Jahren zusammengebauten Kernwaffen. Mit einer Ausnahme wurden dabei jährlich über 500 Kernwaffen zusammengesetzt und/oder zerlegt. In den 1990er Jahren, nach dem Ende des Kalten Krieges, wurden allerdings deutlich höhere Abrüstungsraten erreicht, durchschnittlich 1.500 Waffen pro Jahr. Das in den USA für Kernwaffen zuständige Energieministerium fasste 1997 in einer Studie auch die benötigten Zeiten für die Abrüstung von unterschiedlichen Kernwaffentypen zusammen. Bei achtstündigen Arbeitsschichten benötigen die USA für ihre existierenden Waffentypen zwischen 1,5 und neun Schichten für die Abrüstung einer Kernwaffe. Parallele Abrüstung ist möglich, sofern die entsprechenden Zellen und Sicherheitsräume verfügbar sind (DOE 1997). Mit neun parallelen Arbeitsschritten und je einer Schicht an fünf Tagen pro Woche könnte das derzeitige US-Arsenal in rund neun Jahren abgerüstet werden. Dabei ist die spezifische Zusammensetzung des Arsenals bereits berücksichtigt.

Für andere Staaten ist die Einschätzung schwieriger. Es gibt mehrere Quellen, die Russlands Abrüstungskapazitäten in den 1990er Jahren auf 1.000-3.000 Sprengköpfe jährlich schätzten. Neuere Schätzungen gehen von 400-500 Sprengköpfen pro Jahr aus (IPFM 2007). Im Vereingten Königreich wurden zwischen 1954 und 2013 insgesamt 1.250 Kernwaffen produziert (Kristensen und Norris 2013). Heute hat Großbritannien weniger als 250 Waffen, damit also rund 1.000 Waffen in 60 Jahren abgerüstet – eine Rate von mehr als 160 Waffen pro Jahrzehnt. Frankreich baute 1.260 Waffen in dem etwas kürzeren Zeitraum 1960-2012. Nach Aussagen des ehemaligen Präsidenten Hollande in 2015 hatte Frankreich zu dieser Zeit 300 Kernwaffen. Die französische Regierung teilte in der Vergangenheit außerdem mit, keine nicht-einsatzbereiten Kernwaffen zu besitzen, also keine Bestände noch abzurüstender Kernwaffen zu haben. Daraus lässt sich eine durchschnittliche Abrüstungsrate von rund 200 Sprengköpfen pro Jahrzehnt schließen.

Chinas Bestände an Kernwaffen wachsen derzeit langsam weiter an, eine Schätzung der Abrüstungskapazitäten ist daher schwierig. Es kann aber angenommen werden, dass chinesische Kernwaffen mindestens ähnlich schnell abzurüsten sind wie die zeitaufwändigste Waffe der USA. Nach den Zahlen des US-Energieministeriums sollte die Abrüstung einer B53 (Außerbetriebnahme nach Ende des kalten Krieges) rund neun Arbeitsschichten dauern. Bei gleicher Zeitdauer sollte es möglich sein, alle chinesischen Waffen in rund zehn Jahren abzurüsten.

In den neueren Kernwaffenstaaten ist eine ähnliche Annahme möglich. Bei neun Arbeitstagen pro Waffe sollte es möglich sein, die indischen und pakistanischen Bestände in je fünf Jahren zu beseitigen, die israelischen Bestände in zweieinhalb Jahren und die nordkoreanischen Waffen noch deutlich schneller.

Zusammenfassung

Der Beitrag beschrieb die notwendigen Schritte und Anlagen für die technische Abrüstung von Kernwaffen. Langfristig wichtig ist dabei eine vollständige Zerstörung von Kernwaffenkomponenten, um einen raschen Wiederzusammenbau zu vermeiden. Es zeigt sich, dass eigentlich alle Staaten ihre Arsenale in rund zehn Jahren vollständig abrüsten könnten. Auch eine schnellere Abrüstung kann möglich sein, erfordert aber zusätzliches Engagement der Staaten über den Status quo hinaus, wie z.B. Mehrschichtbetrieb existierender Anlagen oder den Bau neuer Abrüstungsanlagen. Daher kann die technische Abrüstung nicht der limitierende Faktor auf dem Weg zu einer kernwaffenfreien Welt sein. Wenn nach einer politischen Einigung die Wartung und Modernisierung von Kernwaffen eingestellt wird, können diese Kapazitäten ebenfalls für Abrüstung genutzt werden. Beim Design von Verifikationsregimen sollte darauf geachtet werden, dass die Zeiträume nicht unnötig lang veranschlagt werden.

Auch wenn bisher noch kein Kernwaffenstaat dem Kernwaffenverbotsvertrag beigetreten ist, könnten sie in Bezug auf vergangene Abrüstungsbemühungen transparenter sein. Diese Informationen könnten als Verhandlungsgrundlage für neue Abkommen dienen. Ein Austausch von Erfahrungen bezüglich sicherer Abrüstung und Zerstörung würde daneben allen beteiligten Staaten sowie ihren Nachbarn helfen, die Abrüstungsprozesse sicherer zu gestalten.

Anmerkung

1) Dieser Text basiert auf einem kürzlich veröffentlichten Artikel von Moritz Kütt und Zia Mian (Kütt und Mian 2019). Der Artikel ist kostenfrei unter https://t1p.de/deadline verfügbar (englische Sprache).

2) Der Vertrag tritt drei Monate nach Hinterlegung der 50. Ratifizierungsurkunde in Kraft.

Literatur

Feiveson, H.A.; Glaser, A.; Mian, Z.; von Hippel, F. (2014): Unmaking the Bomb – A Fissile Material Approach. Cambridge: MIT Press.

International Panel on Fissile Materials (IPFM) (2007): Global Fissile Material Report 2007. Princeton: Princeton University.

Kristensen, H.M.; Korda, M. (2019): Status of World Nuclear Forces. Washington, D.C.: Federation of American Scientists; fas.org.

Kristensen, H.M.; R.S. Norris (2013): Global Nuclear Weapons Inventories, 1945-2013. Bulletin of the Atomic Scientists, Vol. 69, Nr. 5, S. 75-81.

Kütt, M.; Mian, Z. (2019): Setting the Deadline for Nuclear Weapon Destruction under the Treaty on the Prohibition of Nuclear Weapons. Journal for Peace and Nuclear Disarmament, Vol. 2, Nr. 2, S. 410-430.

Office of Technology Assessment (OTA) (1993): Dismantling the Bomb and Managing the ­Nuclear Materials. Washington, D.C.: United States Congress.

United States Department of Energy (DOE) (1997): Transparency and Verification Options – An Initial Analysis of Approaches for Monitoring Warhead Dismantlement. United States Department of Energy – Office of Arms Control and Nonproliferation.

Vereinte Nationen – Generalversammlung (2017): Vertrag über das Verbot von Kernwaffen (vom 7.7.2017). Die Übersetzung des Deutschen Übersetzungsdienstes der Vereinten Nationen steht unter un.org/Depts/german/conf/a-conf-229-17-8.pdf.

Moritz Kütt ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungsbereich »Rüstungskontrolle und Neue Technologien« des Instituts für Friedensforschung und Sicherheitspolitik an der Universität Hamburg (IFSH).

erschienen in: Wissenschaft & Frieden 2020/1 Atomwaffen – Schrecken ohne Ende?, Seite 37–40