Die Neutronen- Spallationsanlage

18. März 2002, 13:36
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Wien - Rund 70 Meter soll der Durchmesser des annähernd kreisförmigen Beschleunigers der geplanten Neutronen-Spallationsanlage AUSTRON nach den derzeitigen Planungen betragen. Damit ist er etwa gegen die Einrichtung am Europäischen Forschungszentrum CERN mit 27 Kilometern Durchmesser ein Zwerg, allerdings werden in Genf auch andere Fragestellungen etwa der Teilchenphysik behandelt. Der Austron-Beschleuniger ist dagegen ausschließlich dafür gedacht, Neutronen zu erzeugen.

Plasma-Erzeugung

Das Ganze beginnt mit Wasserstoff. Dieser wird hoch erhitzt, bis so genanntes Plasma entsteht, sich also die Wasserstoffkerne - Protonen - von den Elektronen trennen. Als elektrisch geladene Teilchen können Protonen - beispielsweise mit Magneten und elektrischen Feldern relativ einfach manipuliert werden. So werden die von den Elektronen getrennten Wasserstoffkerne über den so genannten Injektor in den Beschleuniger eingeschleust.

Im Ring angekommen beginnt die Beschleunigungsphase für die Teilchen. Dabei werden sie von Magneten auf ihrer Kreisbahn gehalten und von so genannten Fokussierelemente immer wieder angetrieben, bis sie nahezu Lichtgeschwindigkeit haben. Mit einer Energie von 1,6 Gigaelektronenvolt werden die Protonen dann aus dem Beschleunigerring ausgeschleust und in Richtung ihres Aufprall-Ziels gelenkt. Dieses sogenannte Spallations-Target ist aus Wolfram. Bei der Kollision der hochenergetischen Protonen werden die Atom-Kerne des Targets so stark angeregt, dass sie die gewünschten - ungeladenen - Neutronen gleichsam abdampfen.

Ausbreitung der Neutronen

Die Neutronen breiten sich im Prinzip kugelförmig aus. Sie werden durch so genannte Moderatoren abgebremst und gelangen dann durch Kanäle in der Abschirmung nach außen, wo sie für die verschiedenen Anwendungen zur Verfügung stehen. Neutronenstrahlen werden unter anderem zur Erforschung von Festkörpern, Flüssigkeiten und biologischen Strukturen eingesetzt. Als ungeladene Teilchen sind Neutronen - ähnlich wie Röntgenstrahlen - für die Untersuchung der Struktur der Materie besonders geeignet. Darüber hinaus gibt es auch vielfältige medizinische Anwendungen.

Mit Hilfe von Neutronen und den entsprechenden Experimentiereinrichtungen kann eine Vielzahl an Forschungsarbeiten durchgeführt werden, die Aufschluss über Struktur und Gefüge etwa von Metallen, Legierungen, Halbleitern, Kunststoffen, Flüssigkeiten sowie über die Bewegung von Atomen oder Molekülen in diesen Stoffen geben. Darüber hinaus können auch Informationen über Struktur und Dynamik von Molekülen in biologischen Systemen gewonnen werden.

Vorteile

Neutronen konnten bisher zwar auch schon in Kernreaktoren gewonnen werden, Spallations-Neutronenquellen liefern aber einen höheren Neutronenfluss und haben einen weiteren entscheidenden Vorteil: Sämtliche mit Kernreaktoren verbundenen sicherheitstechnischen und ökologischen Probleme sind weitgehend entschärft.

In einer Spallations-Neutronenquelle findet keine Kernreaktion statt, es kann deshalb weder ein "Durchgehen" mit einer Kernschmelze noch einen Austritt von größeren Mengen radioaktiven Materials durch einen Unfall geben. Das Target ist allerdings nur begrenzt haltbar, wird während des Betriebs aktiviert und muss entsprechend entsorgt werden. Der anfallende radioaktive Abfall ist aber nach Angaben der Experten nur rund so groß wie eine mittelgoße Kobaltquelle in einem Krankenhaus. (APA)

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