Das Zeitalter der Pilzwolken begann am 16. Juli 1945, morgens um halb sechs. An jenem Tag hatte sich die Elite der amerikanischen Physiker in der Wüste von New Mexico versammelt, knapp 60 Kilometer südwestlich von Socorro. Es war der erste Praxistest des Manhattan-Projekts, die erste Explosion einer Atombombe; Robert Oppenheimer hatte der Operation den Kodenamen "Trinity" gegeben. Den Sprengsatz selbst nannten die Entwickler flapsig "Gadget", also Gerät oder Vorrichtung. Er steckte in einem mannshohen, ausgebeulten Zylinder mit wildem Kabelgewirr auf der Außenseite. Sein Herzstück waren sechs Kilogramm Plutonium, und er erreichte eine Sprengkraft von etwa 21 Kilotonnen TNT.

Die Physiker hatten noch gewettet, welche Wucht der nukleare Sprengsatz erreichen würde. Die meisten unterschätzten die Explosion, nur Edward Teller war übermäßig optimistisch. So schildert es der Historiker Richard Rhodes in seinem Buch "The Making of the Atomic Bomb". Diese Zahl, um die die Experten gewettet hatten, ist nun von Radiochemikern des Los Alamos National Laboratory noch einmal mit einer ganz neuen Methode bestätigt worden.

Denn noch immer bietet die Geschichte der US-amerikanischen Atombomben Wissenschaftlern Ansatzpunkte für ihre Projekte. Sie interessieren sich für die nukleare Hinterlassenschaft der Pilzwolken-Ära: Neue Methoden erlauben Einblicke in die Funktionsweise der Sprengkörper – die Erkenntnisse könnten bei der Überwachung künftiger Abrüstungsverträge helfen. Andere Forscher liefern frische Daten von vernachlässigten Schauplätzen der Historie wie den Südseeatollen von Eniwetok, Rongelap und Bikini, wo die US-Armee fast 20 Jahre nach dem Krieg ihre Bombentests noch oberirdisch durchführte.

Satellitenbild des Bikini-Atolls mit Kernwaffenspuren
© NASA Earth Observatory / Jesse Allen and Robert Simmon
(Ausschnitt)
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Nach den ersten Atombombentests auf dem nordamerikanischen Festland suchten die USA alternative Testgelände – und wurden in der Südsee fündig. Unter anderem im Bikini-Atoll zündeten sie Atom- und Wasserstoffbomben. Links oben im Atoll sind die Spuren noch zu sehen: eine runde Bucht, die unter anderem von einer "Castle Bravo" genannten Bombe gerissen wurde.

Diese eher forensische Arbeit ist nötig, da die Trinity-Explosion fast ein Menschenleben her ist. Daher dürfte es nur noch wenige Augenzeugen geben. Immerhin: Neben den Physikern waren viele junge Soldaten anwesend, und auch Kinder der normalen Bevölkerung von New Mexico erlebten den plötzlichen Blitz mit. Mit Geigerzählern oder anderen herkömmlichen Instrumenten ist das Ereignis noch heute am damaligen Ground Zero, den die Öffentlichkeit zweimal im Jahr besuchen kann, ohne Weiteres nachvollziehbar. Die Strahlung ist etwa zehnmal so hoch wie sonst in den USA. Doch Einzelheiten der Bombe buchstäblich aus dem Sand zu lesen – das ist ein neuer Ansatz.

Winzigste Mengen reichen für eine Studie

Forscher um Susan Hanson brauchten dafür nur fünf Stückchen Glas von der Explosionsstelle, nicht einmal zehn Gramm. Die intensive Hitze des Tests hatte hier den Sand geschmolzen und dabei auch Spaltprodukte der Kettenreaktion eingeschlossen. Und obwohl in den Proben 70 Jahre lang weiter unzählige radioaktive Zerfallsprozesse abgelaufen waren, konnten die Forscher Bauart und Effektivität der Bombe daraus bestimmen. Für die Sprengkraft mussten sie nur die historisch überlieferte Menge Plutonium kennen und kamen so auf 22,1 Kilotonnen TNT; das deckt sich im Rahmen der Messgenauigkeit mit bisherigen Angaben. Die Wissenschaftler richten den Blick nun nach vorn. "Ein solches Verfahren könnte die Zeitspanne erweitern, in der man sinnvollerweise Daten für Inspektionen sammelt", schließt Hansons Team aus dem Erfolg. "Das würde auf absehbare Zukunft die Überprüfung von Abrüstungsverträgen verbessern."

Im Fall Trinity war der Kniff, in den Proben nicht nach strahlenden Resten, sondern nach stabilen Atomen zu suchen, genauer nach Molybdänisotopen. Neun Varianten davon sind bekannt, darunter sieben stabile; ihre Atommasse liegt zwischen 92 und 100. Sie haben jeweils ihren festen Anteil am natürlichen Vorkommen des Elements, der zwischen 9 und 24 Prozent liegt. Diese Verteilung hatte sich in den Glasproben allerdings verschoben, denn die Isotope Molybdän-95 (Mo-95) und Molybdän-97 stehen jeweils am Ende einer Zerfallskette, in denen sich die Reste der im Feuerball der Explosion gespaltenen Plutoniumatome immer weiter umwandeln, bis sie einen stabilen Atomkern formen können. Die beiden Isotope wurden also als Folge der radioaktiven Prozesse häufiger. Bei Molybdän-96 hingegen passiert das nur extrem selten, denn hier endet die Zerfallskette schon vorher. Das Team um Hanson konnte also aus den Relationen Mo-95/Mo-96 und Mo-97/Mo-96 ablesen, wie die Explosion abgelaufen war. Zusammen mit dem Plutoniumgehalt der Proben ließen sich so die Anzahl der gespaltenen Atome und die Sprengkraft von "Gadget" errechnen.

Der Ernstfall im Krieg

Nach dem ersten Test in New Mexico hatten die Amerikaner im August 1945 zwei Bomben auf die japanischen Städte Hiroschima und Nagasaki geworfen. Danach folgten noch Dutzende weitere Tests – zur Sicherheit nicht auf eigenem Staatsgebiet, sondern auf den Südseeatollen. Obwohl Jahrzehnte vergingen, sind viele der Inseln dort noch immer verstrahlt: Die Zeit wird schließlich nicht unbedingt nach den Maßstäben der Menschen gemessen, sondern in der Halbwertszeit des gefährlichsten verbliebenen Spaltprodukts der damaligen Detonationen: Zäsium-137. Seine Menge halbiert sich nur alle 30 Jahre. Wie viel Strahlung wirklich noch da ist, wussten offizielle Stellen aber offenbar nicht genau – bis ein Team um Autumn Bordner von der Columbia University nachschaute. Die Forscher charterten im Sommer 2015 ein Schiff und steuerten innerhalb von zwei Wochen im August 2015 sechs der Inselgruppen an.

Es zeigte sich, dass zumindest Eniwetok, wo bereits wieder fast 1000 Menschen leben, einigermaßen sicher ist. Die Forscher fanden Dosisraten von 0,04 bis 0,17 Millisievert pro Jahr (mSv/a), die von außen, also aus Boden, Wasser und Pflanzen, auf Bewohner der Insel einwirkten. Als Mittelwert nennen sie 0,08 mSv/a; nur auf einem Fleck an der Südspitze zeigten die Messinstrumente deutlich mehr, nämlich 0,4 mSv/a. Als Grenzwert der zusätzlichen Strahlenbelastung infolge der Atomtests haben die USA und die Marshallinseln gemeinsam eine Dosis von einem Millisievert pro Jahr festgelegt; nach dieser Angabe sollte beurteilt werden, ob frühere Bewohner der Inseln oder ihre Nachkommen sie wieder bewohnen können. Der gleiche Wert gilt in Deutschland.

Allerdings sollten bei Messungen wie denen des Columbia-Teams nicht mehr als 10 oder 15 Prozent des Grenzwerts ausgeschöpft werden. Die äußere Umgebung ist ja nur ein Strahlungsfaktor, wenn die Menschen auch womöglich belastete lokale Nahrungsmittel essen und Radioaktivität mit Wasser zu sich nehmen. Diese Bedingung ist zumindest auf Eniwetok weitestgehend erfüllt. Dort machen Faktoren aus der Umwelt im Mittel acht Prozent des Grenzwerts aus. Die Strahlungswerte sind damit vergleichbar mit denen auf dem kaum belasteten Majuro-Atoll, wo in der Hauptstadt des Landes heute viele der Staatsbürger in beengten Verhältnissen leben.

Die Entwarnung gilt aber nicht für das berüchtigte Rongelap, das immer noch unter der Nukleargeschichte leidet. Die Insel war beim Atomtest "Castle Bravo" 1954 von einer Fallout-Wolke getroffen worden. Weil sich sowohl die Bombe als auch der Wind anders verhielten als vorausberechnet, hatte die US-Armee die 64 Bewohner nicht evakuiert. Als radioaktive Asche auf die Insel regnete, rieben Kinder sie sich im Spiel in die Haare, sie drang in alle Hütten ein und verseuchte die Zisternen. Viele Bewohner erkrankten akut an Strahlenkrankheit; etliche starben daran, obwohl die Amerikaner bald alle Insulaner wegholten.

Das verseuchte Atoll

Schon 1957 aber brachte man die Überlebenden zurück und beharrte trotz zahlreicher Krebsfälle bis 1982 darauf, die Insel sei sicher. Auch dann wurden die Bewohner nicht umgesiedelt, bis Greenpeace mit seinem Schiff "Rainbow Warrior" die Bevölkerung 1985 auf ein Nachbaratoll brachte. Danach begann ein umstrittenes Reinigungsprogramm für die Insel. 1994 empfahl der amerikanische Forschungsrat, die Bewohner sollten bei einer Rückkehr ihre Lebensmittel zum Beispiel nur im Süden des Atolls sammeln, doch bislang haben sich die Marshallesen noch nicht darauf eingelassen. Als jetzt die Forscher aus New York auf Rongelap landeten, lag die Strahlung bei 0,06 bis 0,55 mSv/a; als Mittelwert berechneten sie 0,2 mSv/a. Auf vielen Teilen der Insel gäbe es also zu viel Strahlung für eine Wiederbesiedlung, sollten sich die Zurückgekehrten von Fisch und lokalen Früchten ernähren.

Noch schlimmer waren die Werte auf Bikini: Hier lag schon der Mittelwert bei 1,8, die Spitzen übertrafen 6,5 mSv/a. Und auf beiden Inseln, so stellten die Wissenschaftler fest, hatte man die möglichen Belastungen deutlich unterschätzt. Die gängigen Angaben waren nämlich aus Messungen berechnet, die zum Teil 20 Jahre alt waren. Und sie beruhten auf Annahmen, wie viel Zeit die Bewohner wohl in ihren Häusern verbringen und wie oft sie im Freien sein würden. Die Forscher um Autumn Bordner lassen sich zu keinem Kommentar hinreißen, was sie von dieser Methode halten, sie stellen nur trocken fest: "Unsere Resultate stellen einen Widerspruch zu den Hochrechnungen auf Basis früherer Messungen dar." Auch die Historie, die sich vermeintlich nach einfachen Gesetzen der Physik weiterentwickelt, braucht eben ab und zu ein Update.

Überraschend ist übrigens ein Blick der New Yorker Wissenschaftler in ihre eigene Gegenwart und unmittelbare Umgebung. Selbst auf Rongelap lebt es sich, was die äußere Strahlenbelastung angeht, der Studie zufolge noch gesünder als im Central Park. Auch dort haben Bordner und Kollegen ihre Instrumente eingesetzt, um Vergleichswerte zu nehmen. Wer in dem Grünareal mitten in Manhattan leben wollte, würde den Grenzwert der radioaktiven Belastung allein damit ausschöpfen – ohne dass er etwas isst oder trinkt. Mit den gleichen Methoden wie auf den Südseeinseln kamen die Forscher auf eine mittlere Strahlendosis von genau einem Millisievert pro Jahr. Sie tippen auf den Granituntergrund des Parks als größte Strahlungsquelle. Zumindest dieses Problem haben die Bewohner der Südseeatolle nicht.