Neutronenquelle der Erkenntnis

  • 17. March 2014

Die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der TU München feiert 10 Jahre erfolgreichen Betrieb.

„14:01 / Reaktor kritisch bei ca. 1 kW, Regelstabstellung 340,7256 mm“, so lakonisch lautete der Eintrag im Schichtbuch des Kontrollraums, als im Forschungsreaktor FRM II in Garching am 2. März 2004 Uhr die erste sich selbst erhaltende Kettenreaktion einsetzte. Am 12. März diesen Jahres feierte die Betreiberin TU München nun den 10. Geburtstag der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz mit einem Festakt.

Die Neutronenforschung war mit dem am 1957 in Betrieb genommenen FRM I – das „Atom-Ei“ – die Keimzelle des Forschungscampus Garching. Die Planungen, den FRM I durch eine neue, leistungsfähigere Neutronenquelle zu ersetzen, gehen auf das Jahr 1979 zurück. Im August 1996 begann der Bau der neuen Anlage; 2004 konnte sie endlich eröffnet werden, nach langen, erbitterten politischen Kontroversen, nicht zuletzt wegen des Einsatzes von hochangereichertem Uran (HEU). Die Investitionskosten von rund 450 Millionen Euro hat weitestgehend das Land Bayern getragen.

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Blick in das Reaktorbecken des FRM II. Der Schwimmbadreaktor erzeugt 20 MW thermische Leistung. (Foto: Heddergott, TUM).


Neutronenstrahlen eignen sich hervorragend, um ein großes Spektrum von Materialien – beispielsweise Supraleiter, Metallschmelzen, Kunststoffe oder Proteine – auf ihre nuklearen, atomaren und molekularen Eigenschaften zu untersuchen. Die elektrisch neutralen Teilchen dringen ungehindert in jedes Material ein. Wegen ihres Spins eignen sich polarisierte Neutronen als Sonde, um gleichzeitig Atomkerne und die magnetischen Vorgänge der Elektronen zu untersuchen. Neutronenstrahlen dienen auch zu Werkstoffuntersuchungen oder zum Dotieren von Silizium.

Jährlich kommen über tausend Gastwissenschaftler nach Garching, um Messungen am FRM II durchzuführen. Neben der TU München betreiben in der Anlage mehrere Universitäten, Institute der Max-Planck-Gesellschaft, das Forschungszentrum Jülich sowie die Helmholtz-Zentren Geesthacht und Berlin Experimente. Seit Anfang 2013 firmiert dieser Zusammenschluss unter dem Namen „Heinz Maier-Leibnitz Zentrum“ (MLZ).

„Der FRM II ist die modernste in Deutschland gebaute Reaktoranlage und hat sich in den vergangenen zehn Jahren entgegen mancher Bedenken als höchst zuverlässig erwiesen“, sagte der Technische Direktor des FRM II, Anton Kastenmüller. „Wir entwickeln Anlage und Nutzungsmöglichkeiten ständig weiter. Die TUM wird daher auch noch in vielen Jahren eine der leistungsfähigsten Neutronenquellen der Welt haben und diese im Dienste unserer Gesellschaft für Wissenschaft, Forschung, Industrie und Medizin betreiben.“

Pünktlich mit dem Jubiläum steht der Betrieb jedoch erst einmal für sechs Monate still. Bis August befindet sich die Forschungs-Neutronenquelle in einer Wartungspause, denn zehn Jahre nach der ersten Kritikalität sind umfangreiche Prüfungen vorgeschrieben. Die Arbeiten an den Erweiterungen gehen allerdings weiter voran. „Derzeit bauen wir weitere Messplätze auf, und im Ostbereich wird eine neue Halle gebaut“, sagt Jürgen Neuhaus, der stellvertretende Wissenschaftliche Direktor am FRM II. Aus den zunächst 15 Instrumenten sind mittlerweile 27 geworden, weitere fünf sind im Bau. Zwei davon stehen bereits in ihrer Grundversion. Das eine ist ein Diffraktometer für extreme Umgebungen, damit wollen Geologen aus Bayreuth Materieproben unter extrem hohen Drücken und Temperaturen untersuchen, wie sie im oberen Erdmantel herrschen.

Ein Experiment zur Grundlagenphysik wird derzeit bereits mit Xenon statt mit ultrakalten Neutronenstrahlen betrieben. Im Rahmen des Exzellenzclusters Universe sollen hier mit extrem hoher Präzision die Eigenschaften des Neutrons vermessen werden. Eine entscheidende Frage ist dabei unter anderem, ob das Neutron möglicherweise doch ein elektrisches Dipolmoment besitzt.

Solche Experimente sind komplementär zu den Messungen an den Hochenergiebeschleunigern wie dem Large Hadron Collider am CERN und benötigen eine einzigartige Arbeitsumgebung. Diese beinhaltet das kleinste sowie das weltweit homogenste Magnetfeld. „Das ist die größte Änderung, die wir jemals am Reaktor vorgenommen haben“, betont Jürgen Neuhaus: „Da die Quelle für die ultrakalten Neutronen nah am Reaktorkern entstehen soll, ist ein langwieriges kerntechnisches Genehmigungsverfahren notwendig. Die Forscher warten darauf bereits ganz ungeduldig.“

TUM / Alexander Pawlak

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