Waarom de koude kern een mijlpaal is voor de Delftse onderzoeksreactor

Koepeltenten met blauw licht staan klaar op het parkeerterrein van het Reactor Instituut Delft (RID). Ze moeten op donderdag 17 oktober 170 gasten in de sfeer brengen van de geheel gerenoveerde onderzoeksreactor binnen. Er staan bijzondere mensen op de gastenlijst: allemaal hebben ze bijgedragen aan de modernisering van de 61 jaar oude kernreactor. Het sluitstuk, de koude kern, werd afgelopen zomer geplaatst en sindsdien zijn de metingen met neutronen in een heel ander ritme beland. “Wat vroeger een dag kostte, doen we nu in een kwartiertje”, zegt Jeroen Plomp, hoofd van de instrumentengroep van het RID.

Koude kern

Plomp noemt de koude kern of cold neutron source (CNS) een ‘gamechanger’. In het driewandige stalen vat zitten koud heliumgas en een vacuümlaag, die samen zo’n twee liter vloeibaar waterstof omvatten. Het waterstof wordt gekoeld tot ongeveer 250 graden onder nul, met heliumgas uit het nieuwe koelgebouw naast de reactor. De koude kern zelf is op enkele centimeters afstand van de reactorkern aangebracht, omgeven door de geheimzinnige blauwe Cherenkovstraling.

‘Als hardlopers in een begrafenisstoet’

Het effect van de vloeibare waterstof op de neutronen die als gevolg van kernsplijting uit de reactorkern vliegen, vergelijkt Plomp met hardlopers die in een begrafenisstoet terechtkomen: “Ze passen zich aan en gaan er heel rustig van lopen.”

Langzame neutronen hebben enorme voordelen voor het onderzoek, legt hij uit. Ze zijn beter te sturen dan snelle, waardoor er drie tot vier keer meer neutronen in de bundel geleid worden dan voorheen. De intensiteit van de neutronenbundel wordt dus groter.

Daarnaast heeft een langzaam neutron meer interactie met het object waar het doorheen vliegt, en dat maakt de metingen gevoeliger. Het netto-effect is dat metingen 30 tot 50 keer sneller gaan dan voorheen.

Ook zijn er meetinstrumenten die alleen (goed) werken met langzame en koude neutronen, zoals het instrument Sans. Dat is een lange buis vanaf de reactor, eindigend in een soort gele onderzeeër. Het apparaat staat al tien jaar in de instrumentenhal, naast de reactorhal, en kan nu eindelijk worden ingezet voor onderzoek aan eiwitten en polymeren voor structuren tussen een paar en een paar honderd nanometer (miljoenste millimeter).

Wachttijden

Met Sans erbij heeft het RID nu zes verschillende instrumenten voor neutronenonderzoek. Hun gezamenlijke bereik loopt van 1 nanometer tot 10 centimeter. Plomp schat dat er maar een handjevol soortgelijke onderzoeksfaciliteiten zijn in Europa. De wachttijden zijn er vaak meer dan een jaar.

“Mijn mailbox stroomt over van de aanvragen uit heel Europa om hier metingen te kunnen doen. Ik moet nu mensen gaan aannemen om die metingen te kunnen faciliteren”, zegt Plomp. Het gaat om instrument scientists: onderzoekers die domeinexperts zoals toetjesmakers, batterijexperts, kunsthistorici en vleesvervangers helpen bij het opzetten van metingen en de interpretatie van de meetgegevens. Voor de meest uiteenlopende materialen (zonnecellen, batterijen, prothesen, polymeren, eiwitten) biedt de neuronenbundel namelijk unieke inside informatie: structuren en processen die anders verborgen blijven.