Kommer USA:s senaste tillbakadragande från ett avtal från 2015 som satte restriktioner för Irans kärnkraftsprogram att göra det lättare för Iran att förfölja bomben i hemlighet? Inte troligt, enligt Scott Kemp, docent i kärnvetenskap och teknik vid MIT.

"De mest kraftfulla insikterna om Irans kärnkraftsprogram kommer från traditionell underrättelsetjänst, inte från inspektioner av Internationella atomenergiorganet, "säger Kemp, som i veckan publicerade en kommentarartikel i Natur om samspelet mellan politik och vetenskap i Nordkorea.

Men hemliga kärnvapenprogram, oavsett om det är i Iran, Nordkorea, eller någon annanstans i världen, är ett stort olöst problem, enligt Kemp. Han förklarade nyligen de tekniska utmaningarna i jakten på hemliga platser. Och han lade fram en möjlig lösning.

Vad inspektörer letar efter

Inspektörer vill söka efter den hemliga produktionen av plutonium eller höganrikat uran, säger Kemp. Att tillverka en verklig explosiv anordning kan utföras snabbt och diskret när någon av dessa ingredienser är säkrad i tillräcklig mängd. "Montagearbetet kan utföras i en kontorsbyggnad, underjordisk anläggning, eller till och med i ett stort kök. Det är nästan omöjligt att upptäcka när programmet når denna punkt."

De goda nyheterna, relativt sett, är att tillverkning av dessa explosiva material kan lämna avslöjande ledtrådar.

"Alla internationella ansträngningar för att förhindra kärnvapenspridning fokuserar på att förhindra produktion av plutonium och höganrikat uran, " säger Kemp. "Förhoppningen är att stoppa materialet från att någonsin produceras i första hand, eller åtminstone i tillräckliga mängder för att göra en kärnvapenbomb."

Vilka är ledtrådarna för hemlig produktion?

"Tillverkningen av antingen plutonium eller höganrikat uran är en stor operation som kräver människor och tid, "säger Kemp. Inblandning av många människor innebär att traditionell intelligens har en viss chans att hitta programmet. Men traditionell intelligens kan vara opålitlig, speciellt i slutna samhällen som Nordkorea. Tekniska mekanismer skulle ge en användbar överlagring.

Detektera plutoniumproduktion, Kemp säger, är lättare än att upptäcka berikad uranproduktion av flera skäl. Den första ledtråden är värmesignaturen. "Nästan all produktion av plutonium sker i kärnreaktorer, och de producerar uppenbarligen mycket värme, "säger han." Det finns smarta saker ett land kan göra för att dölja värmesignaturen, men de är inte enkla. Infraröda satelliter kan söka efter spillvärme som lämnar byggnader, eller pumpas in i floder eller hav.

En andra ledtråd kommer från kemiska signaturer. Bearbetningen av reaktorbränsle för att utvinna plutonium skapar kemiskt avlopp, vilket kan vara en annan lovande upptäcktsväg. "Förutom plutonium, kärnreaktorn kommer också att producera en blandning av andra radionuklider – och medan de flesta är fångade i reaktorn, några läcker ut till miljön, säger Kemp, "speciellt ädelgaserna, såsom radioaktiva isotoper av xenon och krypton."

Forskare kanske kan upptäcka dessa isotoper - xenon-131, xenon-135, och krypton-85 — när de sipprar in i miljön. "Regeringar använder redan detektorer för att leta efter de där små signaturerna för operationen, "säger han." Men ett land kan göra alla möjliga fina saker, som att kryogent frysa avgasen, att eliminera den kemiska signaturen om de ville. Så vi kanske eller kanske inte hittar tecken på plutoniumproduktion på detta sätt."

Och hur är det med urananrikning? "Det producerar också en distinkt kemisk signatur, säger Kemp, som orsakas när uranhexafluorid (UF6) gas läcker ut i atmosfären. Sannolikheten för ett läckage är mycket liten, men det händer. När gasen kommer ut i fri luft, vattenånga gör att den sönderdelas till fluorvätesyra och en viss typ av dammliknande aerosol. Fluorvätesyran är inte användbar när det gäller detektion. Det är för reaktivt och försvinner när det kommer i kontakt med smuts, eller en byggnad, eller ett träd. "Du kommer inte att upptäcka det på något meningsfullt avstånd, " säger Kemp. Men den andra biprodukten, den dammliknande aerosolen, är en annan historia.

Ett nytt sätt att spåra hemlig kärnkraftsaktivitet

Dammet från urananrikning är en aerosol som kallas uranylfluorid (UO2F2), och den har en kemisk form som är unik för uranbearbetningsoperationer, säger. Kemp. Han är intresserad av att arbeta med sina kollegor vid ingenjörsfakulteten för att utveckla detektorer som kan identifiera molekylens distinkta kemiska bindningar. "Det finns många tekniker för att identifiera molekyler, men den känslighet som krävs i detta fall är extremt hög, och aerosolformen erbjuder ett antal andra utmaningar, " han säger.

"Om vi ​​kunde komma med extremt känsliga detektorer som är billiga nog att placera runt ett land utan en massa snygg utrustning eller underhåll, vi skulle göra betydande ingrepp i problemet med att upptäcka hemliga program för anrikning av uran." Föreställ dig, han säger, något som små väderstationer med en solcellsdriven låda som har en manipuleringssäker tätning på. Den har en liten fläkt som blåser luft över en sensor som söker igenom U-F-bindningen, och skickar sedan en varningssignal om molekylen detekteras.

"Efter en lokal upptäckt, du kan använda väderdata för att projicera bakåt och uppskatta de mest sannolika platserna som denna molekyl kom ifrån. Om du så småningom kunde begränsa det till några byggnader eller ett par stadskvarter, då skulle det vara möjligt för internationella inspektörer att begära tillgång enligt befintliga lagbestämmelser för att se vad som finns inuti."

En återgång till politiken

Den pågående närvaron av Internationella atomenergiorganet, som övervakar Teherans mest känsliga fabriker och forskningslabb, föreskrivs i det sedan länge etablerade fördraget om icke-spridning av kärnvapen, eller NPT, som Iran sannolikt inte kommer att dra sig ur, säger Kemp. Det innebär att inspektionsteam kan fortsätta att kontrollera kända kärntekniska anläggningar som tidigare.

Dock, en särskild bestämmelse, kallat tilläggsprotokollet, har gjort det möjligt för IAEA att ha omfattande åtkomst under de senaste tre åren, inklusive rätten att ge sig ut för att undersöka tips om misstänkta sajter. Denna bestämmelse tillåter också IAEA att använda miljösensorer av det slag som Kemp vill bygga. Det är dessa extra privilegier som skulle vara i fara om Iran drar sig ur 2015 -avtalet, säger Kemp. IAEA har använt dessa privilegier för att göra minst 60 besök på anläggningar som inte ingår i Irans deklarerade kärnkraftsprogram.

"Men politiken driver i slutändan detta till slut, " tillägger han. "Om inspektörerna lärde sig något, oavsett om det kommer från intelligens eller sensorer, men nekades den ytterligare åtkomst som behövs för att följa upp ledningen, då skulle det internationella samfundet förmodligen anta det värsta. Det skulle därför fortfarande ligga i Irans intresse att ge uppföljningsåtkomst även om de tekniskt sett inte behövde – dvs. om de inte verkligen gömde något."