Tweede jeugd voor de jarige reactor

Tien jaar geleden was het feest op de reactor, maar niemand was echt blij. Het veertigjarig bestaan werd opgeluisterd met een fraai herdenkingsboek dat de geschiedenis van het Interfacultair Reactor Instituut beschreef. Maar omdat de toekomst zo onduidelijk was, had het blauwe boek net zo goed het testament kunnen worden van Nederlands enige onderzoeksreactor. Het instituut zag zich geconfronteerd met krimpende financiering vanuit de TU en dreigende reorganisaties. Een commissie onder voorzitterschap van toenmalig decaan van Technische Natuurwetenschappen (TNW) en de huidige rector prof.dr.ir. Karel Luyben constateerde dat het instituut te veel in zichzelf gekeerd en te rijk was. Huidig TNW-decaan en voormalig directeur van het RID prof.dr.ir. Tim van der Hagen herkent de sfeer wel. “We kregen gewoon geld en deden onze eigen dingen.” Luyben had voorgesteld het IRI te splitsen in een facilitair reactorinstituut (Reactor Instituut Delft of RID) en een afdeling (radiation science and technology) binnen de faculteit TNW. Van der Hagen werd gevraagd een toekomstvisie op te stellen. En toen dat in de smaak viel bij het college van bestuur, volgde een opdracht voor een businessplan.

Per 1 januari 2005 trad Van der Hagen aan als directeur van een tent in transitie. Het aantal arbeidsplaatsen halveerde, de kwaliteit van het onderzoek moest omhoog, en er moest meer onderwijs gegeven worden. Door een gelukkig toeval konden nieuwe mensen aangetrokken worden op leidinggevende onderzoeksposities: Ekkes Brück, Katia Pappas en Freek Beekman druppelden binnen. In die rij hoort ook Bert Wolterbeek thuis, die al in dienst was.

Van der Hagen reisde intussen stad en land af om het RID met de nieuwe onderzoeksfocus op energie en gezondheid onder de aandacht te brengen. Want er was geld nodig, veel geld. Van der Hagen benadrukte ook dat de Delftse reactor de enige Nederlandse onderzoeksfaciliteit is die neutronen produceert. Neutronen zijn de ongeladen neefjes van protonen, en dringen doordat ze neutraal zijn diep in materialen door. Neutronen doorkruisen met gemak een stapel loodblokken, maar worden afgebogen door het water in een bloemstengel. Neutronenonderzoek heeft toepassingen in energie, gezondheid, voedsel, chemie, kunstgeschiedenis en meer omdat het overal een nieuw licht op werpt.

OySTER PROGRAMMA

Maar om mee te kunnen draaien op internationaal niveau zijn forse investeringen nodig. Hoewel het ministerie van onderwijs al in 2005 een toezegging deed, zou het tot 2012 duren voordat de financiering van het Oyster programma (Optimised yield for science, technology and education of radiation) een feit was.

Op zijn vijftigste verjaardag is de reactor in aanzienlijk rustiger vaarwater terecht gekomen. Prof. dr.ir. Bert Wolterbeek is Van der Hagen opgevolgd als directeur van het RID, naast de voordeur hangt de blijk van erkenning van het internationaal agentschap voor atoomenergie IAEA als onderzoekspartner, en er kan volop gebouwd worden aan zowel de reactor als aan nieuwe instrumenten. “Delft heeft een reputatie op instrumentenbouw”, vertelt dr. Colin Carlile. Hij is directeur van de super neutronen faciliteit ESS (European Spallation Source) die vanaf 2019 in Zweden gestart zal worden. Carlile kent de Delftse reactor al sinds 1973 en hij komt graag in de reactorhal. “Het voelt er prettig vanwege het licht, de ruimte en de vriendelijke sfeer.” Dat de reactor met een vermogen van 2 megawatt (MW) relatief klein is, heeft ook z’n voordelen gehad, vindt Carlile. Delftse instrumentenbouwers hebben geleerd het uiterste uit de neutronenbundel te halen en dat maakt hun instrumenten gewild bij andere faciliteiten zoals Isis bij Oxford en straks de ESS. Gevraagd naar de eerste stappen in het ambitieuze en 117 miljoen euro grote Oysterprogramma, noemt Wolterbeek de aanpassing van de reactor en drie onderzoeksinstrumenten.

AANPASSINGEN REACTOR

De reactorkern, het hart van de faciliteit, krijgt een groter vermogen (van 2 naar 3 MW) en een speciale voorziening om koude neutronen te produceren. De koude neutronenbron (cold neutron source of CNS) bestaat uit een aluminium bol, gevuld met vloeibaar waterstof (temperatuur -250 graden Celsius) die vlak naast de reactorkern hangt. De waterstof remt uittredende neutronen af van 2000 naar 500 meter per seconde. Dat vereist overigens een koelcapaciteit van 250 kilowatt (kW). Koude neutronen zijn zeer gewild voor onderzoek. Een eerste voordeel is dat ze beter in de bundelbuizen blijven, waardoor meer neutronen bij de experimenten terechtkomen. Verder gaan ze langzamer door materialen heen en leveren daardoor nauwkeuriger resultaten. Door de langere golflengte (de golflengte is omgekeerd evenredig aan de snelheid) zijn ze bovendien beter geschikt voor metingen aan moleculaire structuren.

Een andere aanpassing van de reactor moet verschillende soorten bestraling vereenvoudigen. Bekend is de (nood)productie van radio-isotopen voor medisch onderzoek van bestraald molybdeen of de activering van holiumbolletjes voor tumorbestrijding. Daarnaast wil het RID neutronactivering verder ontwikkelen; een techniek waarbij een sample tot de grootte van een vuilniszak eerst met neutronen bestraald wordt en daarna geanalyseerd aan de hand van de vrijkomende straling.

FISH

Fish  (First imaging station Holland) tot slot is een unieke faciliteit voor neutron-imaging. Het gaat hierbij niet om kristalstructuren (Pearl) of organische moleculen (Sans), maar om macroscopische dingen die je beet kunt pakken en waar neutronen een heel nieuw licht op werpen. Denk bijvoorbeeld aan het doorlichten van schilderijen (soms onthult dat overgeschilderde doeken), bronzen beelden, water- of luchtbelletje in beton, oliestromen binnen een draaiende motor of waterstofstromen in een brandstofcel. Fish tomografie maakt de beelden zelfs driedimensionaal.

Destijds werd de reactor in een uithoek van de Wippolder gebouwd. Ver van alles, in een schitterende isolatie van volslagen autonomie en zelfgekozen onderzoek. Binnenkort krijgt het reactorinstituut gezelschap van de nieuwbouw van Technische Natuurwetenschappen en mogelijk ook van de protonenkliniek HollandPTC (Holland Particle Therapy Centre). Dat lijkt symbolisch voor een onderzoeksinstituut dat terug wil naar het centrum van materiaalonderzoek.

SANS

Scattering van neutronen (het doorstralen van materialen met een neutronenbundel en de afbuiging meten) is meer dan dertig jaar lang de meest gebruikte methode geweest voor de analyse van zachte materialen als textiel, weefsels, voedsel en zeep. Voor dergelijk onderzoek zal het RID gebruik maken van de Sans (small angle neutron scattering), een instrument dat in 2010 is overgenomen van het Helmholtz onderzoeksinstituut in Geesthacht. Het wordt momenteel opgebouwd in de experimenteerhal. Neutronscattering is door de gevoeligheid voor lichtere atoomkernen zoals waterstof en koolstof zeer geschikt voor meting aan organische materialen. Het meetbereik van tussen 1 en 100 nanometer brengt ook biologische structuren als een celwand en eiwitten in beeld.

Pearl

Pearl is een van de eerste uit de nieuwe reeks instrumenten. De werking ervan berust op het golfkarakter van een neutronenbundel. Net als röntgenstralen en licht worden ook neutronen verstrooid door kristalstructuren. Omdat neutronen de meeste interactie hebben met lichte atoomkernen is Pearl vooral gevoelig voor waterstof, deuterium en lithium. Dat maakt neutronendiffractie bij uitstek geschikt voor onderzoek aan waterstofopslag in materialen, waterstofstromen binnen een brandstofcellen, activiteit van lithiumbatterijen en ook zonnecellen. Pearl meet de verstrooiing van neutronstraling aan poeders, waaruit onderzoekers de atoomstructuur van kristallen kunnen achterhalen tot op 0,1 nanometer. De verwachting is dat Pearl vooral bijdragen zal leveren aan duurzaam energieonderzoek.