De wereld zwemt in plutonium

Plutonium is in de wereld gehaald om kernbommen mee te maken en het is verder vrijwel nergens goed voor. Het is giftig, het geeft kankerverwekkende alfastraling af en slechts vijftien kilo van de juiste soort is genoeg voor een bom. ‘De wereld zwemt in plutonium’, schrijft Jeremy Bernstein in zijn monografie ‘Plutonium, a history of the world’s most dangerous element’, ‘De vraag is, wat ermee te doen?’
Het begin van het plutoniumverhaal is onschuldig genoeg. Toen in het begin van de twintigste eeuw eerst röntgenstraling ontdekt werd en vlak daarna radioactiviteit bij uranium, thorium, radium en polonium, rees de vraag of er ook zwaardere elementen zouden bestaan dan uranium (atoomnummer 93 in het periodiek stelsel der elementen). Dat bleef een hypothetische vraag tot de ontdekking van het neutron door Chadwick in 1932. Toen realiseerde men zich al snel dat het neutron uitstekend geschikt was om atoomkernen mee te onderzoeken omdat het door het ontbreken van elektrische lading niet afgestoten zou worden door de positief geladen atoomkern.
De eerste die allerlei elementen met neutronen begon te bestralen, was Enrico Fermi in Rome. Ook uranium werd met neutronen gebombardeerd en door een toevallige ingeving zette Fermi een blok paraffine in de neutronenbundel en zag dat het bestralingseffect enorm toenam. Kennelijk werkten langzame neutronen beter dan snelle. Bij de bestraling van uranium ontstond een element met halfwaardetijd van dertien minuten. Fermi nam aan dat het een nieuw element betrof met atoomnummer 94 (plutonium) of hoger, maar een relatieve buitenstaander (en een vrouw) Ida Noddack suggereerde dat het uraniumatoom wel eens gesplitst kon zijn. Dat buitensporige idee werd vooralsnog genegeerd. Pas toen de Duitse onderzoekers Hahn en Strassman aantoonden dat bij bestraling van uranium barium ontstond (met atoomnummer 56), was atoomsplitsing aangetoond. Men wist uit een van de artikelen van Einstein uit 1905 (E=mc2) dat daarbij grote hoeveelheden energie vrijkomen. En ook dat het volgende element plutonium met atoomnummer 94 erg energiek leek. Werner Heisenberg vertelt in 1942 aan een publiek van vooraanstaande nazi’s: ‘Element 94 is zeer waarschijnlijk, net als uranium-235 (de atoommassa – red.) een explosief met onvoorstelbare kracht. Dit element ontstaat door bestraling van uranium en het is er chemisch van te scheiden.’
Op dat moment was de plutoniumproductie in Amerika al begonnen. Eerst met een cyclotron dat protonen versnelt en daarmee in een blok beryllium een bundel neutronen genereert. In anderhalf jaar tijd werd met twee machines slechts twee milligram plutonium geproduceerd. Later, vanaf 1943, werden kernreactoren ingezet om plutonium te maken. Een deel van het uranium verandert door de neutronenstraling in plutonium. De productie vond voor het grootste deel plaats in Hanford aan de Columbia-rivier. Subtiel ging dat niet en afgebroken brokstukken splijtstofstaven van tot een pond kwamen in de rivier terecht. Maar het was oorlog en men zei dat de Duitsers al bijna een kernbom hadden, dus even niet zeuren nu.
Waarom de Duitsers ondanks hun voorsprong voor de oorlog geen kernbom hebben ontwikkeld is een mooi en spannend verhaal, maar te lang voor hier.
Na de oorlog ging de plutoniumproductie pas echt van start. Vooral in de jaren zestig werden jaarlijks tonnen geproduceerd. En nu zitten we ermee. Hooguit kan het bijgemengd worden in brandstofstaven voor kernreactoren, maar ook dat zet niet echt zoden aan de dijk. En het schijnt relatief duur te zijn. Bernstein: ‘Wat miljoenen heeft gekost om te maken, gaat miljarden kosten om ervan af te komen.’
Emiritus hoogleraar Jeremy Bernstein heeft een mooi compact boekje geschreven over een fascinerende stof. De historische reconstructies zijn nauwgezet en levendig. Toch is Bernstein meer een professor dan een journalist. Zo ruimt hij acht pagina’s in voor de verschillende kristalvormen van plutonium, maar over gezondheidsrisico’s en proliferatie van kernwapens schrijft hij opmerkelijk beknopt. Desondanks een aanrader, zeker voor kernfysici.

Jeremy Bernstein: ‘Plutonium, a history of the world’s most dangerous element’, Joseph Henry Press, Washinton, 2007.