Wat Noord-Korea uitspookt

Techniek Internationale waarnemers breken zich het hoofd over de vraag wat voor kernwapens Noord-Korea heeft. En waaraan kun je dat eigenlijk zien?

Was het een uranium- of een plutoniumbom die Noord-Korea op 12 februari tot ontploffing bracht? Was het een bom met het formaat van de Hiroshima- of Nagasakibom uit 1945, vele tonnen zwaar, of was het een geminiaturiseerde versie, zoals Noord-Korea zelf beweert?

Het zijn twee kernvragen over het Noord-Koreaanse wapenprogramma waarop nog geen antwoord is gekomen en waarop waarschijnlijk ook geen antwoord komt. Sinds Noord-Korea in 2003 het verdrag tegen de verspreiding van kernwapens (non-proliferatieverdrag, NPT) verliet, werden inspecteurs van het internatonale atoomagentschap IAEA nog maar sporadisch en slechts ‘op uitnodiging’ toegelaten. Alleen een kleine oude Russische onderzoeksreactor (de IRT 2000 die in 1965 in gebruik ging) staat nog onder geregelde controle. Daarvoor was destijds een afzonderlijke regeling getroffen.

Er is geen sprake van on site inspections in het bergachtig gebied waar Noord-Korea zijn kernwapens aan het eind van diepe tunnels tot explosie brengt. Het verdrag dat deze inspecties regelt (het totale verbod op kernproeven, Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty, CTBT) is nog niet in werking en zal ook niet in werking treden zolang Noord-Korea (en de VS, China, Israël en andere) het niet ratificeert. Er is daardoor weinig bekend van de laatste nucleaire ontwikkelingen in Noord-Korea. De informatie moet komen van satellietopnamen en een enkele overloper. In juni 2008 mocht de Westerse pers komen kijken hoe het koeltorentje bij de vermaarde ‘tweede reactor’ werd opgeblazen. Soms wordt opeens een buitenlandse delegatie langs gevoelige installaties geleid. Dat overkwam, in november 2010, de fysicus Siegfried Hecker, voormalig directeur van Los Alamos National Laboratory, een van de grote Amerikaanse kernwapenlaboratoria. Hij wordt regelmatig op persoonlijke titel in Noord-Korea uitgenodigd om het plutoniumprogramma te inspecteren.

Op een raket

Of Noord-Korea al kleine en lichte atoombommen maken kan, is van belang voor de vraag of ze passen op raketten van het type Nodong (diameter 1,25 m, nuttige lading ofwel payload 1.000 kg) of een Taepodong-2 (diameter 2,2 meter, maar payload nog geen 500 kg). Met de laatste kan ook de westkust van Amerika worden bereikt. De recente explosie is door tientallen seismische stations geregistreerd, maar uit seismische waarnemingen valt niet af te leiden of de bom met zijn kracht (yield) van 8 of 9 kiloton TNT ‘groot’ of ‘klein’ was. De Noord-Koreanen zelf zeggen dat ze maar 2 kilo plutonium nodig hebben voor hun bommen, dat is ongeveer de minimumhoeveelheid die voor geavanceerde Amerikaanse wapens wordt opgegeven. David Albright van het Institute for Science and International Security (ISIS) wil de opgave niet in twijfel trekken, maar een recent rapport van de Congressional Research Service meent dat de Noord-Koreaanse wapens nog niet op een raket passen.

Was het uranium of plutonium? Die vraag is zo belangrijk omdat Noord-Korea eigen uraniummijnen heeft, waardoor het uraniumreservoir in principe onbegrensd is. Maar voor zijn plutonium is Noord-Korea voorlopig aangewezen op een oude partij splijtstof die ooit werd gebruikt in die ‘tweede reactor’, een kleine, zelfgebouwde CO2-grafiet reactor naar Brits model. Hij ligt sinds 2008 stil. De plutoniumvoorraad is dus eindig, maar de omvang staat niet precies vast. Albright van ISIS schatte in augustus dat Noord-Korea er 12 kernbommen van kon maken, aannemend dat elke bom 3 kg plutonium bevat.

Ingewikkelder ligt het met uranium. Nadat daarover in 2002 geruchten ontstonden, in 2005 van Pakistaanse zijde versterkt, kwam in november 2010 onverwacht vast te staan dat Noord-Korea een enorme hal met gascentrifuges voor verrijking van uranium had ingericht. Dat was toen Siegfried Hecker er werd rondgeleid. Het is evident dat ook het ontwerp van deze centrifuges, zoals die van Iran en Libië, door het netwerk van de Pakistaanse atoomspion dr. A.Q. Khan geleverd is. Maar niemand weet hoe goed de centrifuges zijn en of er niet méér hallen zijn dan de hal die Hecker zag. Er komt bij dat het Khan-netwerk ook een blauwdruk kan hebben verstrekt van een kleine uraniumbom die op een raket past.

Ondergrondse explosie

De hoop dat duidelijkheid zou komen over de vraag ‘uranium of plutonium?’ lijkt vervlogen. Geen van de stations van het International Monitoring System (IMS) die voor detectie van radioactieve emissies zijn ingericht heeft extra radioactiviteit waargenomen. De IMS-stations zijn er voor controle op de naleving van het CTBT-verdrag, als dat van kracht wordt, maar ze zijn nu al operationeel. Ook vanuit vliegtuigen is niets bijzonders gemeten.

Het seismisch signaal kan helaas ook hierin geen uitsluitsel geven, dat kan hoogstens een analyse van de kleine hoeveelheid splijtingsmateriaal die meestal in de atmosfeer belandt, ook al explodeert het wapen honderden meters diep onder de grond. De explosie wekt niet alleen een enorme druk en temperatuur op in de explosieholte, hij leidt ook vaak tot scheuren en scheurtjes in het gesteente erboven. Vaak lekken daarlangs in de eerste uren na de explosie gasvormige splijtingsproducten naar de oppervlakte (venting). Als de afsluiting van de boorschacht bezwijkt, kan het zelfs heel veel zijn, zie de foto hieronder uit 1970. Dat heet dan een falende containment. Uit de vele ondergrondse proeven die de Amerikanen uitvoerden in de woestijn van Nevada (en elders) is gebleken dat in de eerste plaats verschillende varianten (isotopen) van de edelgassen krypton en xenon ontwijken. Die worden, door hun aard, nauwelijks door het gesteente vastgehouden.

Op zichzelf is het plotseling vrijkomen van radioactieve gassen uit de ondergrond een mooie aanwijzing dat daar een kernproef heeft plaatsgevonden. Aan dit aanvullend bewijs kan soms behoefte zijn want het is technisch mogelijk een kleine ondergrondse kernproef te nemen die geen detecteerbaar seismisch signaal oplevert. Deze decoupling treedt op als men een kernwapen laat exploderen in de explosieholte die een vorig wapen achterliet. Zowel Amerikanen als Russen is het gelukt een dergelijke ontkoppeling tot stand te brengen. En uitgerekend de Noord-Koreanen wordt eenzelfde succes toegeschreven.

Sinds een jaar loopt in vakbladen een debat over de vraag of Noord-Korea misschien rond 11 mei 2010 nóg een ondergrondse kernproef heeft uitgevoerd. Rond die tijd maten IMS-stations van Zuid-Korea, Japan en Rusland opeens afwijkend hoge concentraties xenon-isotopen (en vervalproducten) in de lucht. Aan de hand van atmosferische transportmodellen werd vastgesteld dat die lucht eerder boven het kernproefgebied van Noord-Korea had gelegen. Toch hebben nergens op aarde seismometers iets bijzonders opgemerkt en voor sommige experts is daarmee de kous af: geen explosie. Maar een paar weken geleden heeft Christopher Wright uit Canberra het raadsel nog eens grondig geanalyseerd in Science & Global Security. Alle alternatieven langslopend (zoals lekkages bij kerncentrales en isotopenfabrieken) komt hij tot de conclusie: het moet een test met een kernwapen in Noord-Korea geweest zijn. Een wapen met een ‘yield’ van nog geen kwart kiloton TNT, met een falende containment, maar een perfecte ontkoppeling.

Kan uit de vrijgekomen edelgassen worden afgeleid of een uranium- of een plutoniumbom is geëxplodeerd? Kort nadat vorige maand de derde (of vierde) Noord-Koreaanse atoombom tot ontploffing kwam is die indruk opnieuw gewekt. Uit de Nevada-testen zou gebleken zijn dat de verhouding tussen de ontsnapte xenon-isotopen 135Xe en 133Xe de doorslag geeft. Inmiddels staat vast dat überhaupt geen splijtstof is ontsnapt, net zo min als bij de tweede proef in 2006, maar al in juli 2007 is door Hui Zhang van Harvard University uitgelegd dat de xenon-lakmoesproef praktisch onbruikbaar is. Met de 135:133 verhouding kan een atoomexplosie worden onderscheiden van een reactorlek, maar het verschil tussen uranium en plutonium bestaat alleen in de eerste paar uur. Dat laat de graphic van Zhang zien (zie grafiek).

Daarom moet de conclusie zijn: niemand weet wat de Noord-Koreanen precies uitspoken.