Techniek & Innovatie Reactor
Techniek & Innovatie Reactor
Koude neutronenbron
geeft onderzoeksreactor tweede leven
Tekst: Jos Wassink
© Illustratie: Stephan Timmers
De Delftse onderzoeksreactor uit 1963 van het Reactorinstituut Delft is grondig gemoderniseerd. Het renovatieproject Oyster, dat meer dan 130 miljoen euro kostte en tien jaar duurde, werd vorig najaar voltooid.
Oyster staat voor optimised yield – for science, technology and education of – radiation. Een deel van de optimalisatie is behaald door het installeren van een koude neutronenbron 1 – de kern van het project. Het is een driewandige concentrische constructie, omgeven door een Berillium ring 2 die de neutronen bundelt richting de meetinstrumenten. Binnenin de buitenste wand bevindt zich een laag heliumgas 3, dan volgt een vacuüm laag 4 en tot slot anderhalve liter vloeibare waterstof 5 met een temperatuur van 22 Kelvin (ongeveer 250 graden Celsius onder nul). De koude bron is aangebracht in één van de bundelbuizen 6 op enkele centimeters afstand van de reactorkern, op zeven meter diepte in het 250 kubieke meter grote reactorbassin 7. Enkele meters boven de bron, als onderdeel van de IPA (In Pool Assembly) 8, bevindt zich een warmtewisselaar voor de koeling van waterstof met koud heliumgas. In de reactorhal zijn alle waterstofleidingen vanwege veiligheid omgeven door een inert gas dat menging van waterstof met zuurstof (uit de lucht) voorkomt.
Vloeibaar
De straling van de reactor (2,3 megawatt thermisch) verdampt de waterstof in de koude bron. In de warmtewisselaar wordt het meeste gas weer vloeibaar gemaakt en het zakt dan terug naar de koude bron. Een bundel pijpen 9 verbindt de installatie in het bassin met het externe koelgebouw: een vacuümleiding, afvoer van waterstofgas, en aan- en afvoerleiding van koud heliumgas.
De pijpen leiden naar een metaalkleurig rechthoekig gebouw 10 naast de reactorkoepel. Hier staat de apparatuur die de koude bron op temperatuur houdt. Op de eerste verdieping staan twee grote vacuümpompen 11 ingepakt in centimeters dikke stalen cilinders die een waterstofexplosie kunnen weerstaan. Een trap hoger verzorgen zes Sterling koelmachines 12 van 50 kilowatt per stuk de koeling van het heliumgas. Op de bovenste verdieping staan chillers die de koelmachines koelen en nog een cilinder 13 voor de expansie van koud helium.
Krachtiger
Vloeibare waterstof remt de neutronen uit de reactorkern af van 25 meV (mega elektronvolt) naar 5-10 meV. De gemiddelde golflengte verschuift daardoor van 0,18 naar 0,4 nanometer. Een groene kast 14 in de reactorhal vol met neutron reflecterende spiegels splitst de bundel in vier kleinere bundels richting de experimentenhal 15. Voor alle instrumenten daar betekent de koude bron een veel krachtiger neutronenbundel. Voor de ROG reflectometer 16 vertaalt zich dat in kortere meettijden en kleinere samples. Het Small Angle Neutron Scattering (Sans) instrument 17 werkt pas goed vanaf een neutrongolflengte van 0,6 nanometer, wat er zonder koude bron nauwelijks was. Dankzij de koude bron is Sans nu voor het eerst te gebruiken om interne structuren tussen enkele en paar honderd nanometer binnen materialen te onderzoeken.
Een totaaloverzicht van de instrumenten: Research Tools TU Delft Reactor Institute