De neutronenlobby komt op stoom

Neutronen zijn ideaal om materie mee door te lichten. Europa heeft daarom behoefte aan een nieuwe neutronenfabriek, vindt de onderzoekswereld....

Martijn van Calmthout

De locatie is in elk geval imposant: de voormalige Bundestag in Bonn, de plek waar tot acht jaar geleden het Duitse parlement vergaderde. Deze cirkelvormige arena, nu een vergaderpaleis, is komende week het epicentrum van een poging om ruim anderhalf miljard euro bijeen te krijgen voor de Europese wetenschap.

Donderdag en vrijdag presenteren tientallen coryfeeën er de plannen voor ESS, de European Spallation Source. Dat is een nieuwe deeltjesfabriek op een nader te bepalen plaats die uitsluitend neutronen levert, elektrisch ongeladen deeltjes uit atoomkernen. Daarmee kunnen biologen, chemici, natuurkundigen, materiaalonderzoekers vanaf pakweg 2010 met een van de 48 bundels van ESS hun materiaalmonsters doorlichten. Met een precisie die vergelijkbare nieuwe centra in de Verenigde Staten en Japan ver achter zich laat.

Neutronen zijn ideale deeltjes om materialen tot op atoomniveau af te tasten. Ze hebben geen elektrische lading en kunnen dus diep in de materie doordringen, waar ze pas tegen de atoomkernen wegstuiteren. Uit de verstrooiingspatronen van een bundel neutronen is met secuur rekenwerk de opbouw af te leiden van het materiaal waarop ze botsen. Of dat nou smeuiig softijs is, een eiwit of de magneetstrip op een pinpas.

Onderzoek met neutronen is niet nieuw, maar wel in opmars, juist omdat wetenschappers steeds vaker naar functionaliteit van materialen en verbindingen kijken in plaats van alleen naar de bestanddelen. Daarvoor zijn oude neutronenbronnen, kernreactoren waarin ze uit splijtend uranium vrijkomen, niet helder genoeg. De nieuwere generatie neutronenbronnen is al een echte fabriek: een complex van versnellers en meethallen dat aan en uit te zetten is en waarvan de intensiteit is te regelen. ESS moet daarvan de vervolmaking worden, met een tienmaal hogere intensiteit dan al het voorgaande.

Daartoe wordt een proces gebruikt dat spallatie heet: een trefplaat van een zwaar metaal (in het geval van ESS een vat met kwik) wordt gebombardeerd met pulsen protonen, de kernen van waterstofatomen.

Daarbij raken de kwikkernen min of meer aan de kook, en komen er in kernreacties brokstukken en massa's neutronen vrij. Rondom de twee trefplaten die in ESS zijn voorzien, kunnen zich tientallen onderzoeksgroepen nestelen om de stromen neutronen te benutten bij hun specifieke onderzoekingen.

ESS wordt in de kleurige folders voor de conferentie in Bonn ook al losjes de European Science Source genoemd, een bron van nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen. De boodschap is kort en goed: zonder ESS staat Europa met lege handen op gebieden waar het de komende decennia gaat gebeuren: materialen en biochemie.

'Het is eigenlijk voor het eerst sinds de oprichting van deeltjeslab CERN en ruimtevaartorganisatie ESA, dat Europa een wetenschappelijk project van dergelijke omvang moet opbrengen', zegt voorzitter dr. Peter Tindemans van de ESS-council. 'En ik denk dat het er in de loop der jaren bepaald niet gemakkelijker op is geworden.'

De Nederlander Tindemans, fysicus van origine, was tot vier jaar geleden directeur wetenschapsbeleid van het ministerie van Onderwijs, en is sindsdien adviseur op dat terrein, met projecten tot in Bahrein toe. Vorig jaar werd hij gevraagd als voorzitter.

Tindemans: 'Een heldere neutronenbron van een volgende generatie staat al sinds begin jaren negentig op de lijstjes. Sindsdien is er gewerkt aan een ontwerp, maar wat ontbrak, was toch de politieke Anklang. Bonn wordt wat ons betreft de klaroenstoot die die teweeg moet brengen.'

In Bonn zullen bijvoorbeeld vijf Europese regio's alvast een gooi doen naar de bouw van de nieuwe neutronenbron. Dat zijn in Duitsland het kernonderzoekscentrum Jülich en de landen Sachsen en Sachsen-Anhalt, de stad Lund in Zweden, en twee Britse aanbieders: de bestaande neutronenbron ISIS in Chilton en ook het graafschap Yorkshire. Insiders zou een later Frans bod niet verbazen. Aanbieders brengen gemiddeld 100 tot 150 miljoen euro in, op een totaalbegroting van 1,55 miljard euro (die voor het grootste deel door de deelnemende landen wordt opgebracht) en nog eens 140 miljoen aan jaarlijkse exploitatiekosten.

In 2003, volgend jaar al, staat een politiek besluit van de deelnemers op het verlanglijstje. In 2010 of 2011 zijn in dat geval de eerste neutronen uit het nieuwe centrum te verwachten.

Haast is cruciaal, zegt Tindemans geroutineerd. 'Europa heeft tot nog toe een vooraanstaande positie in neutronenwerk, gebaseerd op ISIS in Chilton en de ILL-installatie in Grenoble. Die beginnen nu achterop te raken bij met name Amerika en onderzoekers worden dan nerveus.

'Wij moeten ze perspectief bieden. Als het langer dan een jaar of vijf duurt, gaan mensen hun heil elders zoeken. Dan is de expertise weg en kijken ook jonge onderzoekers wel uit om er nog in te stappen.'

Met name de Amerikanen, die inmiddels al druk bouwen aan hun Spallation Neutron Source SNS in Californië, hebben al gebrobeerd specialisten uit het ESS-team rechtstreeks te kopen.

Van die braindrain heeft dr. ir. Ad van Well van het reactorcentrum IRI in Delft nog niet veel gemerkt. Als voorzitter van de Nederlandse Vereniging voor Neutronen Verstrooiing is hij echter een warm voorstander van Nederlandse deelname aan ESS. 'Voor mijn part naar rato van het aantal neutronengebruikers. Dat zijn er in Nederland nog geen honderd. Maar we moeten meedoen. De ervaring leert dat een nieuw centrum een enorme impuls aan een vakgebied kan geven. En je inkopen achteraf werk vaak niet. Daarvoor blijven de neutronen te schaars.'

Tegelijk, zegt Van Well, heeft neutronenwerk ook een zekere handicap. Neutronen zijn een instrument, geen doel in zichzelf. Er zijn talloze onderzoekers, die er allemaal weer iets anders mee willen bekijken. Van Well: 'Er bestaat niet echt zoiets als een neutronengemeenschap. Mensen zien het als een bijzaak, gereedschap.' Dat, zegt hij, maakt het lastig om een vuist te maken en het immense bedrag bij elkaar te krijgen.

ESS-voorzitter Tindemans heeft de afgelopen maanden al pratend het Europese klimaat voor een mega-investering in de nieuwe deeltjesfabriek in kaart gebracht. Ook hij is niet helemaal gerust op de goede afloop.

De Engelsen zouden het liefst hun ISIS, een apparaat van twee megawatt, willen upgraden tot de Europese bron ESS - goed voor tien megawatt. De Duitsers hebben problemen met kiezen tussen ESS, de bouw van een nieuwe röntgenlaser of een nieuwe versneller bij deeltjeslab DESI in Hamburg.

Dat is een duivels dilemma, omdat het prestigieuze DESI zonder een nieuwe Tesla-versneller ten dode is opgeschreven. Italië geeft naar eigen zeggen al te veel uit aan grote wetenschappelijke projecten.

Frankrijk aast op de internationale kernfusiereactor ITER en wil bovendien weten of de ESS niet te combineren is met een faciliteit om de levensduur van kernafval te verkorten. Interessant is ook de opstelling van Oostenrijk, dat niet lang geleden voorstellen voor een eigen neutronenfabriek, de Austron, lanceerde. Tindemans zou graag tot een bundeling van de krachten komen. 'Van versnippering wordt iedereen slechter.'

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden