Różnorodne zastosowania badania nad neutronami
W lesie niedaleko małego flamandzkiego miasta Geel wiją się duże metalowe rury o długości do 400 m wychodzące z usytuowanego centralnie budynku. Ta dziwnie wyglądająca konstrukcja to GELINA, liniowy akcelerator elektronów należący do Instytutu Materiałów Odniesienia i Pomiarów (IRMM), będącego częścią Wspólnego Centrum Badawczego Komisji Europejskiej. - To my jesteśmy atomowymi facetami! - mówi z rozbawieniem Peter Rullhusen, kiedy serwis CORDIS Wiadomości rozpoczyna zwiedzanie obiektów IRMM. Dr Rullhusen jest dyrektorem Działu Fizyki Neutronów. Dr Rullhusen wyjaśnia, że w jądrze atomu są dodatnio naładowane protony i obojętne elektrycznie neutrony. W centralnym budynku akceleratora wiązka elektronów wystrzeliwana jest w uranowy cel. Prowadzi to do powstawania neutronów o różnych energiach, które poruszają się z dużymi prędkościami; wzdłuż torów ich ruchu w regularnych odstępach rozmieszczone są stacje doświadczalne z wieloma przyrządami dokonującymi różnych pomiarów i analiz. Poznanie zachowania neutronów ma istotne znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa istniejących elektrowni jądrowych i opracowania bezpiecznych nowych reaktorów, a GELINA jest jednym z wiodących światowych ośrodków pod względem uzyskiwania charakteryzujących się wysoką rozdzielczością dokładnych danych neutronowych. Kolejną ważną kwestią, którą zajmuje się zespół dr. Rullhusena, są odpady jądrowe. Jedną z koncepcji, nad którą pracują naukowcy, jest transmutacja, w której "najgorsze izotopy" są wydobywane z odpadów jądrowych i przeobrażane w izotopy albo stabilne, albo o krótszym okresie półtrwania. Dokładne dane dotyczące neutronów są także niezbędne do opracowania sposobów zmniejszenia ilości odpadów powstających przede wszystkim w reaktorze. Jednak prace Działu Fizyki Neutronów nie ograniczają się do sfery energii jądrowej, ale obejmują dziedziny tak różne, jak medycyna i archeologia. Dział jest partnerem w projekcie pod nazwą "Urok starożytności" ("Ancient Charm"), w którym GELINA wykorzystywana jest do analizowania pierwiastków znajdujących się w starożytnych przedmiotach. W tym celu stosowana jest technika nazywana analizą wychwytywania rezonansu neutronowego (Neutron Resonance Capture Analysis - NRCA). Polega ona na umieszczeniu starożytnego przedmiotu na torze ruchu neutronów z akceleratora i wnioskowaniu, na podstawie analizy energii neutronów wychwyconych przez przedmiot, z jakich pierwiastków jest on zrobiony - każdy pierwiastek wyłapuje neutrony o konkretnej energii. Jest to technika nieniszcząca, dzięki czemu ma olbrzymią przewagę nad innymi technikami analitycznymi, wymagającymi często pobrania próbki z obiektu badania. Przy pomocy tej techniki archeolodzy mają nadzieję dowiedzieć się więcej o sposobach wyrabiania tych przedmiotów przez naszych przodków i w ten sposób pomogą nam określić najlepsze sposoby ich konserwacji. Co więcej, technika ta może służyć do wykrywania falsyfikatów. W trakcie jednego z badań analizowano skład brązowych posążków uważanych za etruskie oraz przedmiotów rzekomo etruskiego pochodzenia, wobec których istniały podejrzenia, że są sfałszowane. W tym wypadku najważniejszą sprawą była zawartość cynku w posążku, ponieważ znany jest fakt, że etruskie oryginały zawierają niezwykle mało cynku w porównaniu z brązami produkowanym później przez Rzymian. Analizy w akceleratorze GELINA ujawniły, że tak było w tym przypadku - ilość cynku w wielu przedmiotach określanych przez ekspertów jako prawdopodobne falsyfikaty była wyższa. Prace prowadzone przy pomocy urządzenia GELINA są uzupełniane pomiarami w drugim akceleratorze, którym dysponuje Dział, akceleratorze Van de Graaffa, gdzie powstają neutrony prawie monoenergetyczne. Są one wykorzystywane do badania procesu rozszczepiania jąder atomowych: rozpadu ciężkich jąder wskutek bombardowania ich neutronami, będącego źródłem energii jądrowej. Innym bardzo ważnym obszarem są standardy reakcji jądrowych, na przykład wzajemnego oddziaływania neutronów i izotopu boru 10, które znalazło zastosowanie w medycynie - w terapii borowo-neutronowej. Metoda ta, w dużym stopniu opracowana w należącym do WCB Instytucie Energii w Petten w Holandii, polega na wprowadzaniu do organizmu pacjenta z guzem nowotworowym izotopów boru 10 i wystrzeliwaniu w jego stronę wiązki neutronów, kiedy atomy boru zgromadzą się w komórkach nowotworowych. Powoduje to rozpad atomu boru na dwie cząsteczki i uwolnienie cząstki alfa, która niszczy komórkę rakową. Pomiary przeprowadzane w akceleratorze GELINA charakteryzują się niezwykle wysoką rozdzielczością, co sprawia, że urządzenie to jest bardzo atrakcyjne dla zespołów badawczych z całej Europy i spoza jej granic. Dzięki finansowanemu ze środków UE projektowi NUDAME (Neutron Data Measurements - pomiary danych neutronowych) zespoły badawcze z całej Europy mogą przyjechać na pewien czas do IRMM i przeprowadzić wybrane przez siebie doświadczenia związane z takimi dziedzinami, jak zarządzanie odpadami radioaktywnymi, technologia jądrowa i bezpieczeństwo reaktorów jądrowych.