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Megapie ist ein internationaler Pionierversuch am Paul Scherrer Institut (PSI), bei dem Neutronen durch Beschuss von Flüssigmetall mit einem Protonenstrahl erzeugt werden. Weltweit erstmalig ist die dazu eingesetzte hohe Strahlleistung im Bereich eines Megawatts. Energiereiche Neutronen lassen sich in zahlreichen Forschungsgebieten nutzen, grundsätzlich auch zum «Verbrennen» von nuklearem Abfall. Das Megapie-Experiment wurde kürzlich erfolgreich beendet und findet in der Fachwelt grosse Anerkennung.
Neutronen sind dank ihrer besonderen Eigenschaften für die Wissenschaft unentbehrliche Teilchen. Mit diesen Bausteinen der Atomkerne lassen sich atomare Strukturen und Bewegungen sowie biologische Substanzen erforschen. Sie tragen zum Beispiel dazu bei, den Mechanismus supraleitender Materialien oder molekulare Ursachen von Krankheiten besser zu verstehen. Um jedoch Neutronen als Einzelteilchen zu gewinnen, müssen sie zuerst aus Atomkernen freigesetzt werden, wie in der Spallations-Neutronenquelle (SINQ) des PSI. In dieser Anlage wird ein energiereicher Protonenstrahl auf eine Zielscheibe, ein so genanntes Target, gelenkt und schlägt hier Neutronen heraus.
Bisher bestand das Target der SINQ aus festem Blei. Theoretische Berechnungen zeigten indes, dass der Neutronenfluss mit einem Target aus Flüssigmetall erheblich höher ausfällt. Das internationale Projekt namens Megapie (englisches Kürzel für Megawatt Pilot Experiment) hat nun demonstriert, dass ein solches Target aus 920 kg flüssigem Blei-Wismut im Dauerbetrieb funktioniert. Beschleunigt wurden die dazu erforderlichen Protonen im Ringzyklotron des PSI, das einen Protonenstrahl von einem Megawatt ermöglicht. Diese weltweit stärkste Strahlleistung entspricht etwa 500 Herdplatten, die zusammen das Wasser einer einzigen Teekanne erhitzen.
Wertvolle Erfahrungen für die Umwandlung radioaktiver Abfälle
Neutronen mit hoher Energie eignen sich auch dazu, hochradioaktive Stoffe wie Neptunium, Plutonium, Americium und Curium aufzuspalten. Solch langlebige und giftige Produkte finden sich im nuklearen Abfall aus Kernkraftwerken. Ihre Umwandlung (Transmutation) in kürzer lebende oder gar stabile Elemente ist grundsätzlich in Beschleuniger-getriebenen Systemen möglich. Megapie soll dazu wertvolle Daten und Erfahrungen liefern, wenn auch der Weg zu einer nutzbaren und kostengünstigen Transmutationstechnik gemäss den Fachleuten noch weit ist.
Die Aussicht, eventuell einmal radioaktive Abfälle auf diese Art «verbrennen» zu können, hat Megapie in den Brennpunkt des internationalen Interesses gerückt. An den Gesamtkosten von 80 Millionen Franken beteiligen sich mehrere Partner, so auch die EU. Seit dem Jahr 2000 arbeitet ein interdisziplinäres Team am Projekt, bereitete sorgfältig den Versuch vor und führte zahlreiche Tests durch. Die 170-köpfige Gruppe setzt sich aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern von neun Forschungsinstitutionen aus Europa (CEA, CNRS, ENEA, FZK, PSI, SCK·CEN), Japan (JAEA), Korea (KAERI) und den USA (DOE) zusammen. Das Experiment stellte extrem hohe Anforderungen an Technologie und Sicherheit. So mussten die verwendeten Materialien der hohen Strahlenbelastung widerstehen und der dynamische Wärmehaushalt des heiklen Flüssigmetalls beherrscht werden. Auch waren rigide Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die vom Bundesamt für Gesundheit (BAG) kontrolliert und genehmigt wurden. Das PSI war verantwortlich für den Einbau des Targets sowie den komplexen Betrieb mit umfangreichen Kontrollen.
Megapie hat bei den Flüssigmetall-Targets derzeit die Nase vorne
Wie überall in der Forschung herrscht auch auf dem Gebiet der Flüssigmetall-Targets ein harter Wettbewerb. Im Rennen um die Realisierung dieser Technologie sind derzeit ausser Megapie noch ein Projekt in den USA und in Japan dabei. Während des erfolgreich absolvierten Betriebs am PSI zwischen August und Ende 2006 haben die Wissenschaftler jedoch einzigartige Resultate erzielt. So konnte ein bis zu 80 Prozent höherer Neutronenfluss als im bisherigen Festkörper-Target gemessen werden, der weit über den Vorausberechnungen liegt. Viele Gratulationen von Wissenschaftlern aus aller Welt trafen in Villigen ein. Auch die Untersuchungen am bestrahlten und jetzt erstarrten Target werden in den nächsten Jahren noch unschätzbare Erkenntnisse über Materialaufbau und -verhalten liefern. Dieses Feedback fliesst wiederum ein in Design und Betrieb neuer Spallations-Neutronenquellen wie der SINQ. Stark profitieren davon werden aber auch künftige Beschleuniger-getriebene Systeme, die zum Beispiel radioaktiven Abfall umwandeln können. Für solche industriellen Anlagen ist Megapie ein Schlüsselexperiment.
Für weitere Auskünfte:
Dr. Friedrich Gröschel, Projektleiter Megapie, PSI;
Telefon +41 (0)56 310 21 96; friedrich.groeschel@psi.ch
Der Text dieser Medienmitteilung sowie Hintergrundinformationen und Bilder dazu lassen sich vom Internet herunterladen: http://www.psi.ch/medien/medien_news.shtml
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