Forschung mit Neutronen : Des Reaktors guter Kern

Nach Umbaupause und teils heftigem Streit um die Sicherheit: Die Neutronenquelle in Berlin-Wannsee läuft wieder. Hier werden unter anderem Materialien für die Energiewende erforscht.

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Blick in den Reaktorkern. Dort befinden sich 24 Brennelemente sowie sechs Elemente, die den Neutronenfluss regeln - und bei Gefahr herunterfallen, um die Kettenreaktion zu stoppen.Weitere Bilder anzeigen
Foto: HZB
02.04.2012 16:50Blick in den Reaktorkern. Dort befinden sich 24 Brennelemente sowie sechs Elemente, die den Neutronenfluss regeln - und bei Gefahr...

Ein misslungenes Architekturexperiment. Das ist einer der ersten Gedanken, die einem in der Halle des Forschungsreaktors in Berlin-Wannsee kommen. Ein massiger Betonzylinder steht da, der an einen Bergfried erinnert. Zu seinen Füßen gehen im Halbkreis Kanäle ab, wie Wehrgänge, jeder besteht aus Betonriegeln in einer anderen Farbe. Grün, rot, blau. Ein Labor für Hochleistungsforschung stellt man sich irgendwie anders vor. Und erst recht eine kerntechnische Anlage, die das Zeug dazu haben soll, halb Berlin zu verstrahlen, wie Kritiker fürchten.

In der vergangenen Woche hat der Betreiber, das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB), den Reaktor wieder hochgefahren. Nach anderthalb Jahren Wartungspause und teils heftigen Diskussionen um die Sicherheit der Anlage in Politik und Öffentlichkeit.

Anders als bei Reaktoren in Kernkraftwerken geht es hier nicht darum, Strom zu erzeugen. Die Wissenschaftler haben es auf Neutronen abgesehen: elektrisch neutrale Teilchen, die beim radioaktiven Zerfall von Uran entstehen. „Mit Hilfe dieser Teilchen können wir in Materialien hineinsehen und ihre Struktur erforschen“, sagt Norbert Stüßer, der am HZB unter anderem magnetische Strukturen analysiert. „Solche Arbeiten könnten helfen, Supraleiter zu entwickeln, die auch bei höheren Temperaturen Strom verlustfrei übertragen.“ Es gibt noch viele andere Fragen, die bearbeitet werden. Metallurgen untersuchen, inwieweit beim Walzen von Werkstücken innere Spannungen entstehen. Bei Bauteilen für Flugzeuge oder Eisenbahnen ist dieses Wissen entscheidend für die Sicherheit. Solarzellenentwickler analysieren die Struktur neuer Halbleiter, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, ebenso wie Forscher, die an neuen Batterien oder Brennstoffzellen arbeiten.

Die Neutronen für die vielfältigen Experimente kommen alle aus dem Reaktorkern. Von oben hineinschauen, um das typische blaue Leuchten zu sehen, dürfen Besucher aus Sicherheitsgründen nicht. Selbst der Zutritt zur Experimentierhalle – ohne Fotoapparat – erfordert allerhand Papierkram, eine Kontrolle mit dem Metalldetektor und die Passage einer Luftschleuse. Immer in Begleitung eines Herrn vom Sicherheitsdienst.

Gegenüber der Eingangstür thront der graue Zylinder, Spezialbeton, ringsum zwei Meter dick. „Dahinter, etwa auf der Höhe, wo wir gerade stehen, befindet sich der Reaktorkern“, sagt Stüßer. 24 Brennstäbe enthalte dieser sowie sechs Kontrollstäbe, um einen optimalen Neutronenfluss zu erreichen, aber auch, um die Kettenreaktionen im Notfall zu stoppen. „Jeder Brennstab ist rund 60 Zentimeter lang, der ganze Reaktorkern etwa so groß wie ein Mülleimer“, sagt er und zeigt auf die Blechröhre neben der Tür.

Das hört sich harmlos an, ist es aber nicht. Regelmäßig kommen Vertreter verschiedener Aufsichtsbehörden, um die Anlage zu kontrollieren. Überall auf dem HZB-Gelände und im Umkreis befinden sich Messgeräte für Radioaktivität. Die Daten zeigen, dass der Forschungsreaktor BER II, wie er offiziell heißt, trotz aller Abschirmung etwas Strahlung abgibt. Doch es ist sehr wenig, laut Bundesamt für Strahlenschutz sind es, bezogen auf eine Person, weniger als 0,001 Millisievert (mSv) pro Jahr. Zum Vergleich: Ein Transatlantikflug bringt etwa 0,05 mSv, die natürliche Strahlenbelastung beträgt in Deutschland, je nach Wohnort, bis zu sechs mSv.

Nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima und im Zusammenhang mit den Flugrouten des neuen Berliner Flughafens wurde wieder verstärkt über mögliche katastrophale Unfälle des BER II diskutiert. „Weil der Reaktor relativ klein ist und nicht unter Druck steht, ist das Risiko sehr gering“, sagt der HZB-Sprecher Hannes Schlender. Im Notfall fielen automatisch Steuerstäbe herab, um die Kettenreaktion zu stoppen. Dann genüge eine Nachkühlzeit im Wasserbad von einer Minute, um eine Kernschmelze zu verhindern, sagt er. Völlig ausgeschlossen sei diese trotzdem nicht. „Dazu müsste ein Flugzeug in einem bestimmten Winkel auf den Reaktor treffen, damit die Betonwand zerstört wird und das Kühlwasser wegfließt.“

Zurück in die Experimentierhalle. Dort ist Stüßer ein paar Schritte weitergelaufen zu den Strahlrohren. Verborgen hinter dicken Betonquadern, die gefährliche Strahlung abschirmen sollen, verlaufen Metallröhren, durch die die Neutronen zu Experimentierplätzen geleitet werden. „Neutronen kann man sich wie Wasserwellen vorstellen, die auf ein Hindernis treffen“, erläutert er das Prinzip. Das Hindernis, das sind die einzelnen Atome oder Atomschichten in einer Probe. Wie die Wellen etwa um die Pfähle eines Bootsstegs herum gebeugt werden, so werden auch die Neutronen an den Atomen gebeugt. „Diese Beugungsmuster werden von Detektoren aufgezeichnet“, sagt der Physiker. Auf einem Monitor nebenan sind die typischen dicken Linien zu sehen, dazwischen befinden sich viele Punkte. „Untergrund“, nennen das die Wissenschaftler. Es sind Spuren von Neutronen, die an Luftmolekülen oder an Fremdatomen in der Probe gestreut wurden und daher den Detektor an etwas anderer Stelle treffen.

Das Beispiel, das Stüßer gerade zeigt, ist noch kein realer Versuch. Es handelt sich um eine Musterprobe, mit der die Geräte kalibriert werden. Während der Wartungspause wurde einiges umgebaut, was unter anderem dazu führt, dass der Neutronenfluss jetzt höher ist als früher. Die HZB-Forscher müssen ihre Maschine erst wieder richtig kennenlernen.

Dazu haben sie die Musterprobe in der Flugrichtung der Neutronen positioniert, darum zwei Detektoren. „Solche Arbeiten werden nur vorgenommen, wenn der Neutronenstrahl unterbrochen ist“, sagt Stüßer. Um den zu stoppen, wird eine Platte aus Spezialbeton vor die Röhre geschoben, damit keine Strahlung austritt. Da ist zum einen die Gammastrahlung, die im nahen Reaktor entsteht. Doch auch Neutronen sind in großer Menge gefährlich. Treffen sie auf Materie, können sie Kernreaktionen auslösen, in deren Folge Gammastrahlung entsteht.

Ist das Experiment aufgebaut, verlassen die Forscher das Areal, spannen eine gelb-schwarze Absperrkette und starten den Versuch per Computer. Von Ferne kann man zusehen – und sieht nichts. Der Neutronenstrahl ist durchsichtig und verrät sich allein über die Messgeräte.

Bevor der Experimentierbetrieb begann, wurde jeder Quadratmeter der großen Halle vom Strahlenschutz überprüft. „Ich prüfe trotzdem vor jedem Experiment noch einmal selbst“, sagt Stüßer. „Das steckt so in mir drin.“ Seit 30 Jahren macht er Neutronenforschung, 25 davon in Wannsee. Ist das ein seltsames Gefühl, neben dem Reaktor zu stehen? „Nein“, sagt er. „Das ist sicher, ich trage auch stets das Dosimeter.“

Fünf Minuten später fängt das Ding an zu piepen. Stüßer greift ein Messgerät, hält es suchend in alle Richtungen. Am Boden schlägt der digitale Zeiger am stärksten aus. „Darunter verlaufen die Leitungen des Kühlkreislaufs“, sagt er. Das Wasser enthält radioaktive Teilchen, deren Strahlung das Gerät einfängt. Und jetzt, ist ihm nun etwas komisch zumute? „Nein, 5,9 Mikrosievert pro Stunde, das ist kein Problem. Wer viele Flugreisen unternimmt, bekommt mehr ab.“

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