Suomalainen radiokemisti pääsi jännittävään hommaan.

Teksti: Kalevi Rantanen

Milloinkahan televisioon ilmestyy sarja atomisalapoliiseista? Esikuvaksi sopisi vaikkapa suomalainen radiokemisti, tohtori Maria Wallenius, joka työskentelee sellaisena Saksan Karlsruhen Transuraani-instituutissa. Juonen juuriakin löytyisi valmiina todellisuudesta, vaikkapa Hitlerin kuution tarina.Viime vuosikymmenen lopulla instituutin atomisalapoliisit saivat tehtäväkseen selvittää, miten Hitlerin ydinohjelma oli edennyt. Asialla on historiallista mielenkiintoa, ja lisäksi se oli hyvä tilaisuus testata menetelmiä. Tärkein aineellinen todiste oli musta, viisi senttiä leveä ja 180 grammaa painava kuutio, joka koostui metallisesta uraanista. Kuutiota säilytettiin Heigerlochin atomimuseossa lähellä Tübingeniä, mutta sen historiaa ei tiedetty. Muodosta päätellen uraania oli käytetty epätavallisessa reaktorissa. Lisäksi muoto ja ydinmateriaalitietokannat osoittivat, että kappale todella oli peräisin Saksasta. Kalsiumpitoisuuden perusteella raaka-aine oli peräisin böömiläisen Joachimsthalin kaivoksen uraanimalmista. Spektrometrisissä tutkimuksissa selvisi, että kuutio oli valmistettu syksyllä 1943. Sitä oli käytetty Werner Heisenbergin ”uraanikoneessa” sodan loppuvuosina. Isotooppikoostumuksen mukaan hidastimena oli ollut raskasta vettä tai grafiittia. Fissiotuotteita ei kuitenkaan ollut syntynyt, joten reaktoria ei ollut saatu toimimaan. Joskus on siis mahdollista jäljittää ydinmateriaalin alkuperä lähes atomiajan alkuun asti. Yhdysvaltain fysikaalisen seuran APS:n tutkijaryhmä kutsuukin ydinmateriaalien historian selvittämistä ”atomiarkeologiaksi”.

Suomalainen atomietsivä Karlsruhessa

Tavallisesti atomisalapoliisit kuitenkin keskittyvät nykyhetkeen ja lähihistoriaan. He tutkivat väärille teille joutuneita säteileviä aineita, jotka on takavarikoitu lentokentillä ja raja-asemilla tai löydetty kaatopaikoilta ja takapihoilta.Esimerkiksi vuonna 2007 Saksan Lauenfördestä löytyi eräästä puutarhasta neljätoista sormustimen kokoista sylinteriä. Tutkijat osoittivat ne radioaktiivisiksi pelleteiksi, jotka oli valmistettu Hanaun ydinpolttoainetehtaassa Hessenissä 1990-luvun alussa. Vuoden 2008 lopulla Alankomaiden Rotterdamin sataman eräästä metalliromuvarastosta löytyi rikastettua uraania. Materiaalin alkuperää selvitetään edelleen. Instituutti on vuoden 1992 jälkeen tutkinut yli kolmekymmentä ydinrikosta. Parhaassa tapauksessa materiaalin historia määritetään täsmällisesti, mutta toisinaan saadaan vain summittaista tietoa alkuperästä.– Tätä nykyä pystytään usein sulkemaan pois joitakin maita tai tuotantolaitoksia, mutta silti jää jäljelle ryhmä mahdollisia lähtöpaikkoja, Maria Wallenius kuvailee. Wallenius vastaili kysymyksiin sähköpostilla Argentiinasta, jossa hän oli kouluttamassa paikallisia asiantuntijoita. Työ on kuulemma muutenkin vaihtelevaa, ei pääse kyllästymään. Wallenius on tyytyväinen siitä, mihin opiskelu hänet vei. – Radiokemia oli alun alkaenkin epätavallinen valinta verrattuna perinteiseen kemiaan, ja tässä vielä rikollisuus yhdistyy radioaktiivisuuteen.

Tavoitteena onnistua joka kerralla

Wallenius kertoo, että ydinrikostutkimus on verraten uusi tieteenhaara. Sen menetelmissä on vielä paljon tutkittavaa ja kehitettävää. Tavoitteena on pystyä aina löytämään materiaalin alkuperä ja selvittämään, milloin aine on joutunut vääriin käsiin.Tavoite on realistinen, koska tekniikka paranee nopeasti. Spektrometrit, joilla nähdään materiaalin ”sormenjälki”, kehittyvät yhä tarkemmiksi. Spektrejä verrataan ydinmateriaalinäytteisiin, jotka vastaavat tavallisen rikostutkimuksen sormenjälkitiedostoja. Uusin kehitysvaihe on laajan geometrian sekundaari-ionimassaspekrometri eli lg-sims, joka pommittaa tutkittavaa näytettä suurienergiaisella ionisuihkulla. Näytteestä irtoaa sekundaari-ioneja, joista saadaan spektri. Näin erotuskyky vähintään kymmenkertaistuu aikaisempaan tekniikkaan verrattuna. Kohta voidaan löytää esimerkiksi uraanin 234- ja 236-isotooppien hiveniä, jotka kertovat, miten materiaalia on käsitelty. Näytteeksi riittävät vähäisetkin pölyhiukkaset.

Hienompaa kuin televisiossa

Spektrometrien lisäksi laboratorioissa on monenlaisia muita tutkimuslaitteita. On optisia mikroskooppeja. On elektronimikroskooppeja, sekä pyyhkäiseviä että läpäiseviä. On laitteita näytteiden tutkimiseksi röntgendiffraktiolla ja röntgenfluoresenssilla. Ja on tietenkin tietotekniikkaa, ja paljon muuta. Televisiosarjojen laboratoriot ovat köyhiä todellisuuteen verrattuna.Lisää tekniikkaa tulee. Nykyään kiinnostavat etenkin optiset menetelmät, kuten libs eli laserindusoitu spektroskopia. Suurteholaserilla höyrystetään näytteestä muutama nanogramma plasmaa, jonka säteilystä luetaan optinen spektri. Näin saadaan selville näytteen koostumus.

Marple tai Poirot Stukissa

Suomalaiset ovat täälläkin mukana. Uudenlaisia valvontatekniikoita kehittävää työryhmää Euroopan ydinmateriaalivalvonnan tutkimus- ja kehitysjärjestössä Esardassa vetää Suomen Säteilyturvakeskuksen eli Stukin turvateknologialaboratorion johtaja Harri Toivonen. Esardan puheenjohtaja oli viime vuoden loppuun saakka Elina Martikka, joka johtaa Stukissa ydinmateriaalien valvontatoimistoa.Stuk tekee tiukan asiallista ja pitkälle lakisääteistä työtä, mutta taustalta aistii innostusta alaan, joka on monella tavalla edelläkävijä. – Eikö meissä kaikissa asu pieni Miss Marple tai Hercule Poirot, joka on utelias ja haluaa selvittää rikoksia? kysyy Maria Wallenius.

Mikä ydinrikos

– Ydinmateriaalin varastaminen.– Ydinmateriaalin salakuljetus.– Terroriteko: omatekoisen tai varastetun radioaktiivisen pommin tai ydinräjähteen räjäyttäminen.Tähänastiset ydinrikokset ovat olleet pääasiassa nuhjuisia varkauksia ja salakuljetusyrityksiä. Kaikkiaan tapauksia on kansainvälisen ydinenergiajärjestön IAEA:n tietojen mukaan vuosina 1993–2009 paljastunut 1 773. Viidessätoista tapauk¬sessa rikollisilla oli hallussaan pitkälle rikastettua uraania tai plutoniumia, jotka sopivat pommimateriaaliksi.

...Jos yritetään varastaa

Raaka-aineiden, polttoaineiden ja jätteiden kulkua pyritään valvomaan niin, että jokainen varkausyrityskin havaitaan heti.Vakavissa ydinrikoksissa on yleensä mukana sisäpiirin väkeä eli ydinlaitosten työntekijöitä. He voivat yrittää huijata ulkopuolisia tarkastajia esimerkiksi kuljetusten aikana. Rikastettua uraanimateriaalia, kuten uraaniheksafluoridia, kuljetetaan terässäiliössä. Perinteisesti säiliön sisältö on tarkistettu gammasäteilymittauksilla. On periaatteessa mahdollista ottaa säiliön keskeltä materiaalia sivuun pommia varten ja panna tilalle esimerkiksi lyijyä. Koska pintakerroksen uraani lähettää edelleen gammasäteitä, tarkastajat luulevat, että kaikki ydinmateriaali on tallella. Japanin Rokkashon väkevöinti- ja jälleenkäsittelylaitos testaa tekniikkaa, jolla tällainen huijaus estetään. Mitataan neutronisäteilyä, joka gammasäteilystä poiketen tunkeutuu tiheänkin aineen läpi ja siksi paljastaa, onko myös säiliön keskellä säteilevää materiaalia.

...Jos huijataan polttoaineella

Käytettyjä polttoainesauvoja säilytetään ennen loppusijoitusta ydinvoimaloiden vesialtaissa. Rikolliset voivat siirtää polttoainetta pois altaasta ja panna tilalle sauvoja, jotka sisältävät köyhdytettyä uraania. Ulospäin näyttää siltä, että kaikki plutonium on edelleen altaassa. Yksi tekniikka, jolla huijauksen voi paljastaa, on sauvojen pommittaminen neutroneilla. Ne aiheuttavat plutoniumissa fissioita, jolloin sauvoista lähtee uusia neutroneja. Mittaamalla neutronisäteily voidaan määrittää, kuinka paljon plutoniumia on tallella. Ympäristötutkimuslaitos IES Italian Isprassa on kehittänyt keinon sinetöidä ja merkitä käytetyt polttoainesauvat. Ne merkitään yksilöllisen muotoisilla metallikiekoilla, jotka voi tunnistaa ultraäänitutkalla. Menetelmää on testattu Karachin ydinvoimalassa Pakistanissa.

...Jos pommi räjähtää

Varastetut tai varastetusta materiaalista kyhätyt ydinpommit ovat toistaiseksi räjähdelleet vain tutkijoiden skenaarioissa.Yhdysvaltain fysikaalinen seura APS ja tieteenedistämisseura AAAS julkaisivat vuonna 2005 ydinrikostutkimuksesta raportin, jossa kuvaillaan, miten raskaan sarjan ydinrikos tutkittaisiin.Ensin selvitetään, millainen pommi oli. Jos kyseessä oli ydinräjähdys, tutkitaan, oliko pommissa käytetty plutoniumia vai uraania vai molempia. Oliko pommi alkeellinen vai pitkälle kehitetty? Esiintyykö suuriener¬giaisia neutroneja tai tritiumia, jotka kertovat lämpöydinreaktiosta? Seuraavaksi tutkijat hankkivat yksityiskohtaista tietoa rikosvälineestä. Miten pommi oli suunniteltu? Oliko laitteessa ydinmateriaalin lisäksi muita aineita, jotka voivat kertoa alkuperästä?

Sonni suomesta nuuskii jalkapallon EM-kisoissa

Säteilyä mittaava auto lähti Ukrainaan.

Urheilun suurtapahtumat ovat mahdollinen kohde terrori-iskuille. Yksi kuviteltavissa oleva ase on radioaktiivinen säteily. Joku voi yrittää kuljettaa kisapaikalle esimerkiksi radioaktiivista kobolttia. Tunnelma romahtaisi, vaikkei säteily heti tappaisikaan ketään.Vuoden 2012 jalkapallon EM-kisojen isäntämaa Ukraina ehkäisee säteilyrikoksia suomalaistekniikalla: säteilynmittausauto Sonnilla (sophisticated on-site nuclide identification), joka toimitettiin sinne viime keväänä. Sattumalta auto muistuttaakin hieman sonnia, sillä edessä on kaksi ”sarvea” eli ilmanäytteen kerääjää. Auto tekee säteilyhavaintoja spektrometreillään viiden sekunnin välein. Saman tien se siirtää tiedot langattomasti johtokeskuksen sähköiseen karttajärjestelmään.Kun auto löytää epäilyttävän paikan, miehistö lähtee tutkimaan tilannetta. Jalkatyötä varten mukana on reppu, joka sisältää gammaspektrometrin ja neutroni-ilmaisimen. Suomalaiset ovat antaneet repulle nimen ”vasikka”.Käyttäjä hallitsee vasikkaa kännykällä. Tiedot voi siirtää heti myös keskukseen tarkkaa analyysiä varten.

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede -lehdessä 2/2011