Uran är inte alltid detsamma:beroende på om detta kemiska element frigörs av den civila kärnkraftsindustrin eller som nedfall från kärnvapenprov, förhållandet mellan de två antropogena, det vill säga konstgjorda, uranisotoper ²³³ U och ²³⁶ U varierar. Dessa resultat hittades nyligen av ett internationellt team grupperat kring fysiker från universitetet i Wien och ger ett lovande nytt "fingeravtryck" för identifiering av radioaktiva utsläppskällor. Som en konsekvens, det är också ett utmärkt miljöspårare för havsströmmar, som det visas i Nature Communications.

Haven innehåller naturligtvis koncentrationer av grundämnet uran (U) i intervallet flera mikrogram per kilogram vatten. På grund av dess lösta kemiska form, uran avlägsnas inte från vatten genom sedimentering, men transporteras och blandas med motsvarande vattenmassor. Dessa kemiska egenskaper gör det möjligt att spåra vattentransportprocesser i havsströmmar, som har stor inverkan på vårt klimat.

Uran som en oceanografisk indikator

Detta gäller även för så kallade antropogena uranisotoper som frigörs av mänsklig verksamhet, såsom kärntekniska upparbetningsanläggningar, reaktorolyckor eller atmosfäriska kärnvapenprov. En fördel med att använda antropogena uranisotoper för att spåra havsströmmar är deras höga känslighet för små, nyligen insläppt uran i den stora reservoaren av naturligt uran. Genom att observera spridningen av spårnuklider från källan till deras utsläpp, forskare kan härleda vattentransporten i de närliggande haven.

Isotopfysikgruppen vid universitetet i Wien initierade analysen av den antropogena spårisotopen ²³⁶ för flera år sedan, som nu i allt högre grad har accepterats som ett oceanografiskt spårämne av respektive forskarsamhälle. Dock, i system som påverkas av flera föroreningskällor, som Ishavet, en enskild isotop räcker inte för att spåra havsströmmar eftersom man vet för lite om de olika källornas utsläppshistorik.

²³³ U/ ²³⁶ U—det nya isotopiska fingeravtrycket

"Så vi letade efter en andra antropogen uranisotop, som produceras under kärnvapenexplosionen men knappast i konventionella kärnkraftverk. När det gäller kärnfysik, ²³³ Du verkade vara en lovande kandidat, " förklarar Peter Steier, en av initiativtagarna till studien.

Forskarna lyckades analysera minsta kvantiteter av ²³³ U och ²³⁶ U använder acceleratormasspektrometri (AMS) vid Vienna Environmental Research Accelerator (VERA). Proverna från internationella samarbetspartners inkluderade en korallkärna från Stilla havet, en torvkärna från Schwarzwald och prover från irländska och Östersjön. Detekteringen av de extremt låga koncentrationerna av ²³³ U, till exempel 1 femtogram per gram korall, var endast möjligt efter en större uppgradering av VERA-anläggningen.

Fysikernas hypotes bekräftades, som de hittade en ²³³ U/ ²³⁶ U-förhållande i prover från Irländska sjön, som är känt för att vara starkt påverkad av utsläpp från upparbetningsanläggningen i Sellafield, tio gånger lägre än i proverna från den tyska torvmossen där det globala nedfallet av vapenprov hade samlats. Uppgifterna från korallen och torvmossens kärna kan till och med hänföras till olika faser av de atmosfäriska kärnvapentestprogrammen.

Nya insikter om nedfallet av kärnvapen

Författarna hävdar att betydande mängder av ²³³ Du släpptes antingen med termonukleära vapen, där isotopen produceras genom snabb neutronfångning i höganrikat uran, eller genom explosionen av lågeffektiva vapen där ²³³ U användes direkt som bränsle. "Våra experimentella data visar att bidragen till globala vapennedfall enligt dagens kunskap inte kan förklara ²³³ U uranbalans i mossen. Detta tyder på ett bidrag från de enda kända ²³³ U bomb testades på testplatsen i Nevada, säger förstaförfattaren Karin Hain från universitetet i Wien.