Gegendarstellung Leitstelle des Bundes (Referat BL 15, NLBL)/ITVA-Fachausschuss C7 „Kampfmittelräumung“

In der Veröffentlichung von Herrn Dr. Wagner zur Kampfmitteldetektion mit dem Impuls-Neutron-Neutron-Verfahren (INN) im Bauportal von Dezember 2021 werden dessen Vorzüge im Vergleich zu dem etablierten Verfahren der Magnetik geschildert. Im Zentrum der angeblichen Qualitäten des INN-Verfahrens stehen zwei Eigenschaften, die es deutlich über die anderen etablierten und in Jahr­zehnten weiter entwickelten geophysikalischen Erkundungsmethoden herausheben sollen.

Als große Stärke dieses Verfahrens wird pauschal eine Reichweite der Erkundung von 8 m genannt. Das wäre unschlagbar und würde sie deutlich von den gebräuchlichen geophysikalischen Methoden abheben. Es gäbe auch keine störenden Einflüsse auf die Messungen. Die Eigenschaften des Bodens, wie dessen Mineralogie, die Wassergehalte und die Anwesenheit von Metallschrott etc. sollen hier­bei keine Rolle spielen. Das wäre vollkommen anders als bei allen anderen Erkundungsverfahren, bei denen Kontraste zwischen den physikalischen Eigenschaften des Bodens und denen des gesuchten Objekts gemessen werden. Da Böden sehr verschieden sind und unterschiedliche physikalische Ei­genschaften aufweisen, heißt das, dass die gebräuchlichen Detektionsverfahren an unterschiedlichen Standorten auch unterschiedlich gut funktionieren. Nur bei INN scheint das nicht der Fall zu sein. Hier scheint sich der Boden wie Luft zu verhalten. Das ist nicht plausibel und die INN-Methode erscheint deshalb wie ein Wunder. Wie kann das sein? Da es außer Frage steht, dass mit dem INN-Verfahren sowohl Stickstoff als auch Eisen detektiert werden können[1], wäre die Technik eine Option für die Kampfmittelsuche. Doch welche Bedingungen müssen dafür erfüllt sein?

Die genannten Vorteile der Neutronentechnik sind näher zu betrachten. Da die Methode nicht neu ist, gibt es hierzu ausreichend Literatur.

Neutron-Neutron-Verfahren werden in den Geowissenschaften seit langem eingesetzt, um Wasser­gehalte im Untergrund zu bestimmen.[2] In den Lehrunterlagen der Universität Leeds z. B. wird die Neutronenmessung als Verfahren der Petrophysik vorgestellt.[3] Der Zweck ist hier, mit Bohrlochmes­sungen eine Porositätsbestimmung im Gestein über die Messung der Wassergehalte vorzunehmen. Die von einer Quelle emittierten schnellen Neutronen werden im Porenwasser des Gesteins gestreut und zu thermischen Neutronen verlangsamt, die von einem Detektor registriert werden. Die Streu­ung der Neutronen wird vorrangig von Wasserstoffatomen verursacht. Wasser ist dabei der effek­tivste Moderator für die Neutronen. Aus schnellen Neutronen werden im Wasser thermische, lang­same Neutronen. Bei hohem Wassergehalt werden die Neutronen sehr schnell und auf kurzer Dis­tanz verlangsamt und adsorbiert. Daher ist die Neutronenstreuung bei hohem Wassergehalt groß und die Reichweite dementsprechend gering – und umgekehrt. Entscheidend für die Betrachtung hier sind die Angaben zur vermeintlichen Reichweite der Messung. Der Autor gibt für ein Sediment mit einem Wassergehalt von 35 % (was auch einer typischen Porosität für dicht gelagerte Sandböden entspricht) je nach Messtechnik eine Reichweite zwischen 20 und 30 cm an.

Die Lehrunterlagen der TU Dresden zur Bodenphysik stellen die Neutronensonde als eine Technik zur Wassergehaltsbestimmung von Böden vor.[4] Auch hier wird erläutert, dass das Messvolumen von der Abschwächung (Moderation) der Neutronen und damit vom Wassergehalt bestimmt wird. Es wird hier ein Messradius zwischen 10 und 15 cm für Böden angegeben. In der Bodenphysik hat man sich gerade die geringen Messradien zu Nutze gemacht, indem man so eine hohe Auflösung erzielt und damit eine kleinräumige, horizontweise Wassergehaltsbestimmung am Bodenprofil vornehmen kann.

Neben dem überragenden Einfluss des Wassers auf die INN-Messung entfalten selbstverständlich auch die mineralischen Bestandteile eine Wirkung auf die Reichweite der Messung. So können bspw. die tonigen Bodenbestandteile entgegen der Feststellung im Bauportal einen stark limitierenden Ein­fluss auf die Messung ausüben.[5] Speziell in Bezug auf die Detektion von Explosivstoffen im Boden wird in einem Übersichtsartikel von Sparrow 2003 festgehalten, dass bei der Neutronentechnik allge­mein die Signale vom Hintergrund des umgebenden Erdreichs gehemmt werden.[6]

Unabhängig von der beherrschenden Bedeutung der Wassergehalte ist auch die Frage der Detektion von Stickstoff als Bestandteil der Sprengstoffe von Bedeutung. Stickstoff ist ein häufiges Element im Boden. Er ist z.B. im Feststoff, als Teil der organischen Substanz oder in der Bodenlösung als Nitrat enthalten. Wie verhält sich das im Verhältnis zur Detektion einer mehrere Meter entfernten Bombe, während sich die Messsonde in einer Umgebung befindet, die ohnehin schon Stickstoff enthält? Diese Frage bleibt offen.

Auch der Einsatz der Neutron-Neutron-Technik in der Kampfmittelsuche wird schon seit langem be­schrieben. Bei McFee 2003 ist nachzulesen, dass die Neutronentechnik schon seit den 1940er Jahren versuchsweise zur Detektion von Explosivstoffen bei der Landminensuche eingesetzt wurde. Diese Anwendung ist naheliegend, da es sinnvoll erscheint, angesichts der geringen Reichweiten diese Art der Sprengstoffdetektion nur oberflächennah einzusetzen. In dem Artikel wird eine Übersicht über die Varianten der Technik gegeben. Dies sind die Thermale Neutronenanalyse, die Analyse schneller Neutronen, die Neutronenaktivierung, die Neutronenmoderation, die elastische Resonanzstreuung, die nicht elastische Neutronenstreuung und die Photoneutronen. Mit den Messprinzipien werden auch die Energiequellen und Detektoren beschrieben.[7]

Es werden von McFee 2003 auch konkrete Entwicklungsprojekte dargestellt: Durch die Forschungs­behörde des kanadischen Verteidigungsministeriums (Defence R&D Canada - DRDC) wurde bis An­fang der 2000er Jahre ein Detektor zur Analyse thermaler Neutronen entwickelt, der fahrzeugge­stützt und ferngesteuert zur Bestätigung von bereits anderweitig detektierten Anomalien in der Landminensuche eingesetzt werden sollte. Der Prototyp war in der Lage, Minen mit höheren Spreng­stoffanteilen wie z.B. Panzerminen oder große Antipersonenminen mit mehr als 100 g Stickstoff zu verifizieren. Die erreichte Detektionstiefe lag bei 20 cm.

Im Kapitel zur Neutronenmoderation wird die Forschung der US-Armee zu diesem Thema von den 1950er bis zu den 1990er Jahren beschrieben. Auch hiermit sollten bereits anderweitig festgestellte Anomalien bestätigt werden. Die Forschungsaktivitäten mündeten in der erfolgreichen Detektion größerer Landminen in Tiefen von 5 cm und 10 cm. Die Bodenwassergehalte lagen zwischen 10 und 20 %. Eine Detektion tiefer liegender Minen und bei höheren Wassergehalten im Boden erschien nicht mehr erfolgversprechend.

An den zwei Beispielen wird deutlich, dass die Neutronentechnik nur zur Verifizierung von bereits be­stehenden Verdachtspunkten als Zusatzverfahren und nur unter eng begrenzten Bedingungen wie oberflächennahe Lage des Kampfmittels und bei geringen Wassergehalten des Bodens eingesetzt wurde. Auf Grund dieser und weiterer Limitierungen des Verfahrens sah McFee 2003 keinen Durch­bruch für den Einsatz der Neutronentechnik bei der Kampfmittelsuche.

Neuere Untersuchungen beschäftigen sich auch mit der Detektion von Abwurfmunition im tieferen Untergrund. So hat die DMT GmbH & Co.KG, Essen in NRW 2018 Bohrlochmessungen mit dem INN-Verfahren durchgeführt, bei denen sich immerhin Reichweiten von 1,20 m ergeben hätten. Als limi­tierende Einflüsse werden der Bodenaufbau und der Wassergehalt genannt. Aus dieser Studie geht auch hervor, dass anderweitiger Metallschrott im Untergrund selbstverständlich von der Messung erfasst wird und dessen Unterscheidung von Kampfmitteln nur durch die zusätzliche Auswertung hin­sichtlich der Stickstoffanteile möglich wird. Die für das INN-Verfahren sehr hohe Reichweite hatte man jedoch bei der Untersuchung einer Abraumhalde erzielt, deren Material eine deutlich geringere Lagerungsdichte und Wassergehalte aufweist als der natürlich anstehende Boden. Bei einer Messung im ungestörten Untergrund hätte die Reichweite, wie oben beschrieben, auch nur wenige Dezimeter betragen. Das Ergebnis der Studie ist unveröffentlicht, liegt aber beim NLBL in Form eines Vortrags vor.[8]

Einen grundlegenden Einblick in die Möglichkeiten und Grenzen des INN-Verfahrens bei der Kampf­mittelsuche gibt die aktuelle Arbeit von Köhli & Schmoldt 2021.[9] Darin werden unter Verwendung realistischer Bodendaten, Bodenfeuchte und Lagerungsdichte, Modellierungen zur Detektion von 100- und 1.000lb-Bomben mit der INN-Technik im Bohrloch gemacht. Auf dieser Basis ergeben sich Reichweiten der Detektionsfähigkeit zwischen 10 und 50 cm für die Detektion von 100 lb (ca. 45 kg) und 1.000 lb (ca. 454 kg) Bomben. Diese Angaben korrespondieren gut mit den gemessenen Daten aus den oben angeführten systematischen Tests. Die Studie bestätigt auch den enormen Einfluss, den die Bodenwassergehalte neben der Distanz auf die Detektion ausüben.

Unabhängig von den Grundlagen der Methode lässt sich aus der von Dr. Wagner vorgestellten Unter­suchung auch kein Nachweis für eine erfolgreiche Kampfmitteldetektion ableiten. In der Untersu­chung wurden, wie im Artikel auch ausgesagt, keine Kampfmittel in den Schürfen freigelegt und da­mit auch nicht detektiert. Es wurden hier ausschließlich die durch die Magnetik und das INN-Verfah­ren gemessenen Anomalien miteinander verglichen, die auf andere Objekte und Bodeneigenschaften zurückgehen. Das Fazit des Artikels, wonach die INN-Technik eine wirtschaftliche und zeitliche Alter­native für die Kampfmittelerkundung sei, basiert also letztlich nur auf der Behauptung, dass man Kampfmittel gefunden hätte, wenn welche da gewesen wären. Der vermeintliche Nachweis hierfür, dass nämlich durch den zweiten Auswerteschritt, „dem Filtern der Stickstoffkonzentrationen für den Sprengstoff TNT“, bei dem 6 falsch positive Treffer erzielt wurden, kann daher nicht als Beleg für ei­nen Erfolg der Methode an anderer Stelle verwendet werden. Die im Vergleich zur Magnetik gerin­gere Zahl an detektierten Störkörpern ist hier allenfalls als Beleg für die zu geringe Reichweite des INN-Verfahrens zu werten. Die Konzeption und Auswertung des durchgeführten Tests sind in einem solchen Ausmaß unlogisch, dass sich die in der Publikation getroffenen Schlussfolgerungen keinesfalls ableiten lassen.

Zusammenfassung der Einwände

Der vorstehende Ausschnitt aus der Fachliteratur dokumentiert, dass das INN-Verfahren keinesfalls die in der Publikation im Bauportal beschriebenen Wunder bewirken kann. Hierzu die Argumente:

• Die INN-Technik arbeitet keinesfalls unberührt von physikalischen Eigenschaften des Bodens, sie wird selbstverständlich davon limitiert und es wird auch das Eisen von Metallschrott ge­nauso detektiert wie das einer Bombe.
• Es sind mit der INN-Technik keinesfalls Reichweiten der Detektion von 8 m zu erwarten. Diese liegen im erdfeuchten Boden, d.h. unter typischen Bedingungen bestenfalls bei 0,5 m für 1.000-lb-Bomben.
• Die geringen Reichweiten der INN-Technik bedeuten für ihren Einsatz in der Kampfmittel­suche einen erhöhten Aufwand:
  Würde man das Potential des INN-Verfahrens in seriöser Weise für die Kampfmittelsuche nutzen wollen, so müsste man für Bohrlochmessungen ein Raster abbohren, welches min­destens dreimal enger als dasjenige für die Bohrlochmessungen mit der Magnetik wäre, wo im Regelfall mit 1,5 m-Abständen gearbeitet wird. Entsprechend höher wären die Kosten.
• Bei einer Verwendung des INN-Verfahrens für Oberflächenmessungen müsste man gleichfalls mit Erkundungstiefen von maximal 50 cm für größere Bomben rechnen. Dass das technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll sein kann, braucht hier nicht weiter ausgeführt zu werden.
• Das INN-Verfahren wäre für eine dem Stand der Technik entsprechende Kampfmittel­räumung keinesfalls preisgünstiger als die etablierten Verfahren (Magnetik, Elektromagnetik, Georadar). Der Aufwand für eine „Freigabe“ wäre unvergleichlich größer.
• Die Einsatzmöglichkeiten der INN-Technik sind bestenfalls als zusätzliche Messung in der Be­stätigung und Klassifizierung von bestehenden magnetischen Anomalien nahe an einem Bohrloch (< 50 cm) zu sehen.
• Durch die im Artikel des Bauportals vorgestellte Studie wird keinesfalls ein Nachweis für die Eignung der INN-Technik für die Kampfmittelsuche erbracht. Das Anpreisen des Verfahrens beruht auf falschen Annahmen und Behauptungen und steht im Widerspruch zu dem, was in Wissenschaft und Praxis über die Methode bekannt ist.
• Der alleinige Einsatz des INN-Verfahrens als alternative Methode für die Kampfmittelsuche, wie im Artikel des Bauportals vorgeschlagen, wäre fatal für die Arbeitssicherheit.

Autorenschaft

Leitstelle des Bundes für Abwassertechnik, Boden- und Grundwasserschutz, Kampfmittelräumung, Liegenschaftsbestandsdokumentation
Referat BL 15, Referatsleitung Karsten Heine
Niedersächsisches Landesamt für Bau und Liegenschaften (NLBL)
Waterloostraße 4, 30169 Hannover

im Zusammenwirken mit:

ITVA-Fachausschuss C7 „Kampfmittelräumung“
vertreten durch den Vorsitzenden Martin Kötter
c/o IFAH GbR, Heinkelstraße 8, 30827 Garbsen

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Literatur

Bundesverband Geothermie: Neutronenlog.- www.geothermie.de/bibliothek/lexikon-der-geothermie/n/neutronen-log.html

Glover, G. o.J.: Petrophysics MSc Course Notes – The Neutron Log.- homepages.see.leeds.ac.uk/~earpwjg/PG_EN/CD%20Contents/GGL-66565%20Petrophysics%20English/Chapter%2015.PDF

Köhli, M. & J.P. Schmoldt 2021: Potential von Impulse-Neutron-Neutron- Logging zur Kampfmittel­detektion.- Altlastenspektrum 30, Dez. 2021, 189 – 212.

Lehmann, B. 2019: Impuls-Neutron-Neutron-Verfahren.- Unveröffentlichter Vortrag von Prof. Dr. Lehmann, DMT GmbH & Co.KG, Essen an der 12 Sitzung des Fachausschusses C7, Kampfmittel­räumung, des ITVA am 10.04.2019 im Ministerium des Innern des Landes NRW, Düsseldorf.

Lexikon der Geowissenschaften: Neutronensonde www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/neutronensonde/11142

McFee, J.E. 2003: Neutron Technologies (Paper I), 225 - 238.- In: McDonald, J. et al. 2003: Alternatives for Landmine Detection.- RAND.

Sparrow, D.A. 2003: Neutron Technologies (Paper II), 239 - 244.- In: McDonald, J. et al. 2003: Alternatives for Landmine Detection.- RAND.

TU Dresden o.J: Bodenfeuchte.- tu-dresden.de/bu/umwelt/hydro/iak/ressourcen/dateien/systemanalyse/studium/folder-2009-01-29-lehre/folder-2009-04-07-gwmt/Kap4-2.pdf

[1] Vgl. Köhli, M. & J.P. Schmoldt 2021: Potential von Impulse-Neutron-Neutron- Logging zur Kampfmitteldetektion.- Altlastenspektrum 30, Dez. 2021, 189 – 212.

[2]

Lexikon der Geowissenschaften: Neutronensonde www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/neutronensonde/11142

[3]

Glover, G. o.J.: Petrophysics MSc Course Notes – The Neutron Log.- homepages.see.leeds.ac.uk/~earpwjg/PG_EN/CD%20Contents/GGL-66565%20Petrophysics%20English/Chapter%2015.PDF

[4]

TU Dresden o.J: Bodenfeuchte.- tu-dresden.de/bu/umwelt/hydro/iak/ressourcen/dateien/systemanalyse/studium/folder-2009-01-29-lehre/folder-2009-04-07-gwmt/Kap4-2.pdf

[5]

Bundesverband Geothermie: Neutronenlog.- www.geothermie.de/bibliothek/lexikon-der-geothermie/n/neutronen-log.html

[6] Sparrow, D.A. 2003: Neutron Technologies (Paper II), 239 - 244.- In: McDonald, J. et al. 2003: Alternatives for Landmine Detection.- RAND.

[7] McFee, J.E. 2003: Neutron Technologies (Paper I), 225 - 238.- In: McDonald, J. et al. 2003: Alternatives for Landmine Detection.- RAND.

[8] Lehmann, B. 2019: Impuls-Neutron-Neutron-Verfahren.- Unveröffentlichter Vortrag von Prof. Dr. Lehmann, DMT GmbH & Co.KG, Essen an der 12 Sitzung des Fachausschusses C7, Kampfmittelräumung, des ITVA am 10.04.2019 im Ministerium des Innern des Landes NRW, Düsseldorf.

[9] Köhli, M. & J.P. Schmoldt 2021: Potential von Impulse-Neutron-Neutron- Logging zur Kampfmitteldetektion.- Altlastenspektrum 30, Dez. 2021, 189 – 212.