Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jagd nach schnellen Neutronen

26.01.2011
Das derzeit intensiv erforschte Prinzip der Transmutation ist eine vielversprechende Möglichkeit, um den weltweit anfallenden radioaktiven Abfall aus Kernkraftwerken zu verringern. Dank einer eigenen Neutronenanlage forschen auch Wissenschaftler aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) auf diesem Gebiet. Sie koordinieren das von der EU mit rund einer Mio. Euro geförderte Forschungsprojekt ERINDA, das am 27./28. Januar 2011 mit einem Kick-off Meeting in Dresden startet.

Bei der Spaltung von Atomkernen in den Kernreaktoren der heute betriebenen Kernkraftwerke fallen radioaktive Reststoffe an, die teilweise sehr giftig sind und nur langsam zerfallen. Manche Stoffe benötigen einige Hunderttausend Jahre, bis sie ihre Energie in Form von radioaktiver Strahlung abgegeben haben. Zugleich ist in Deutschland, wie in vielen anderen Staaten auch, die Endlagerfrage noch nicht gelöst.

Wissenschaftler sehen schon seit Längerem in der Transmutation einen vielversprechenden Weg gerade für die langlebigen radioaktiven Abfallstoffe. Es handelt sich hierbei um radioaktive Schwermetalle wie Plutonium, Americium und Curium, die in der Fachsprache „minore Aktiniden“ genannt werden. Gelänge es, diese mit Hilfe von schnellen Neutronen in weniger langlebige bzw. teilweise sogar stabile Stoffe umzuwandeln, dann bräuchte man zwar immer noch Endlager, doch könnten diese kleiner und in ihren zeitlichen Dimensionen überschaubarer ausfallen.

Das mit rund einer Mio. Euro von der Europäischen Union geförderte Projekt ERINDA (European Research Infrastructures for Nuclear Data Applications), das am 27. und 28. Januar 2011 im HZDR startet, soll wichtige Daten für die Entwicklung künftiger Anlagen zur Transmutation radioaktiven Abfalls liefern.

Arbeit von Neutronen

Unter Transmutation versteht man die Umwandlung chemischer Elemente in andere chemische Elemente durch Kernreaktionen. Transmutationen finden beispielsweise in Sternen statt, denn nur so können Elemente im Universum entstehen, die schwerer sind als Eisen. Neutronen, also die elektrisch ungeladenen Teilchen, die zusammen mit positiv geladenen Protonen die Bestandteile der Atomkerne bilden, spielen dafür eine zentrale Rolle.

Neutronen können Atomkerne spalten und setzen dabei Energie frei, die im Kernkraftwerk in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei werden wieder Neutronen frei. Zudem entstehen Spaltprodukte, von denen die meisten relativ schnell zerfallen – man spricht von einer kurzen Halbwertszeit – und dabei Strahlung abgeben. Neutronen können aber auch von Atomkernen eingefangen werden, die sich dadurch in andere Atomkerne umwandeln. So können Plutonium und andere radioaktive Schwermetalle entstehen, die nur langsam zerfallen, also eine lange Halbwertszeit haben, und zudem hochgiftig sind.

Doch auch diese radioaktiven Schwermetalle sind weiter spaltbar und könnten in den Transmutationsanlagen der Zukunft auch zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Allerdings werden dafür schnelle Neutronen gebraucht. Für die Kernspaltung in heutigen Reaktoren sind dagegen langsame, weniger energiereiche Neutronen verantwortlich.

Modernste Neutronenstrahl-Technologie

Um Transmutationsanlagen konzipieren und bauen zu können, müssen die Eigenschaften schneller Neutronen genauestens bekannt sein. Damit befasst sich HZDR-Wissenschaftler Dr. Arnd Junghans, der gleichzeitig das ERINDA-Projekt koordiniert. Mit der Neutronenquelle nELBE verfügen er und seine Kollegen über eine Anlage für schnelle Neutronen mit einer hohen Bewegungsenergie. Die Neutronen entstehen, indem Elektronen aus dem Elektronenbeschleuniger ELBE auf ein Target, also eine Zieloberfläche, aus flüssigem Blei gelenkt werden. Stößt ein Elektron mit einem Bleiatom zusammen, so wird es abgebremst und gibt einen Teil seiner Energie in Form eines Photons ab. Dieses Lichtteilchen ist so energiereich, dass es ein Neutron aus einem Atomkern herausschlagen kann. „Dabei werden 200.000 ultrakurze Neutronenpulse pro Sekunde abgegeben, eine weltweit einzigartige Leistung“, so Arnd Junghans. Die bisherigen Experimente dienten dazu, die Reaktion der schnellen Neutronen mit Eisenatomen zu untersuchen. Eisenlegierungen spielen in zukünftigen Transmutationsanlagen als Baustoff eine Rolle. Werden die Neutronen beispielsweise durch die Eisenkerne zu sehr abgebremst, fehlt ihnen die Energie für die eigentliche Aufgabe: die Umwandlung von radioaktiven Schwermetallen.

Bald sollen die schnellen Neutronen im HZDR auch auf Plutonium-Kerne gelenkt werden, um die genauen Umwandlungsraten bestimmen zu können. Diese Experimente werden im Rahmen eines Projektes durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. „Über die Messung der Flugzeit und der Geschwindigkeit der Neutronen können wir deren Energie berechnen“, so Arnd Junghans weiter. Die Informationen

werden gebraucht, um neue Typen von Kernreaktoren, so zum Beispiel für die Transmutation, zu entwickeln oder bestehende Anlagen zu optimieren.

Um die benötigten Kerndaten zu erheben, wird im Rahmen des ERINDA-Projektes der Zugang von Wissenschaftlern zu Forschungsinfrastrukturen, wie dem Neutronenexperiment nELBE im HZDR, gefördert. Außerdem wird der Austausch von Wissenschaftlern und Forschungsergebnissen unterstützt. An dem Forschungsprojekt sind insgesamt 13 Partner aus 10 europäischen Ländern beteiligt.

Weitere Informationen:
Dr. Arnd Junghans
Projektkoordinator ERINDA
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Tel. +49 351 260-3589
Fax +49 351 260-13589
a.junghans@hzdr.de
Medienkontakt:
Dr. Christine Bohnet
Pressesprecherin
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Tel. +49 351 260-2450
Fax +49 351 260-2700
presse@hzdr.de
Über das HZDR
Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat das Ziel, langfristig ausgerichtete Spitzenforschung auf den gesellschaftlich relevanten Gebieten Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie, Energie und Gesundheit zu leisten. In strategischen Kooperationen mit Partnern aus Forschung und Industrie bearbeiten wir deshalb neue, für die moderne Industriegesellschaft drängende Themenfelder zu folgenden Fragestellungen:
• Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
• Wie können Tumorerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?
• Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?
Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen setzen wir sechs Großgeräte mit teils einmaligen Experimentiermöglichkeiten ein, die auch externen Nutzern zur Verfügung stehen.

Die Ausbildung von wissenschaftlichem und technischem Nachwuchs erfolgt auf hohem Niveau und in enger Zusammenarbeit mit den Hochschulen. Auf die Vereinbarkeit von Familie und Beruf achtet das HZDR in besonderem Maße.

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit über 30.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 17 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung
17.07.2018 | Österreichische Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics