Planet Erde. Vom Weltraum aus gesehen eine Kugel. Blau das Meer, weiß die Wolken, braun das Land.
Chemische Zusammensetzung: 39,8% Eisen, 27,7% Sauerstoff,14,5% Silizium. Dazu Schwefel, Kohlenstoff, Spurenelemente.
Die Alpen. Ein Fels aus Granit, grau, unscheinbar. Zusammensetzung: Quarz, Feldspat und Glimmer.
Der Blick ins Detail. Die Struktur: hochkomplex. Atome, geschichtet zu einem Gitter. Geometrische Perfektion, fortgesetzt bis ins Unendliche. Doch da: Durcheinander inmitten der Ordnung. Atome, die hier nicht hingehören. Eisen? Kupfer? Wasserstoff?
"My name is Frank Kornegay. I’m the operations manager for the Spallation Neutron Source.”"
Frank Kornegay ist Physiker. Mitte 50, US-Amerikaner. Freundlich, zuvorkommend, auskunftsfreudig.
""Mein Job ist, hier alles am Laufen zu halten. Ich bin seit elf Jahren dabei. Ich war schon hier, bevor der erste Baum gefällt wurde. Und ich liebe meinen Job – auch wenn er manchmal ziemlich stressig ist."
Kornegay ist Betriebsleiter einer außergewöhnlichen, neuen Maschine im US-Bundesstaat Tennessee. SNS, so heißt sie, auf deutsch: Spallations-Neutronenquelle. Eine Riesenanlage, die mehrere Hallen füllt. Sie erzeugt Neutronen, winzige Kernteilchen. Neben den Röntgenstrahlen zählen diese Neutronen zu den wichtigsten Werkzeugen der Materialforscher. Ihr Ziel: Jene Rätsel entschlüsseln, die die Natur in ihrem Innersten birgt. Wie formen Atome einen Kristall, der extrem hart ist oder magnetisch? Wo lauern winzigste Poren und Risse, die einen Flugzeugflügel brechen lassen? Wie schafft es ein Enzym in unserem Körper, Giftstoffe abzubauen, zum Beispiel Alkohol? Bislang werden Neutronen vor allem mit Forschungsreaktoren erzeugt, als Produkt der Kernspaltung. Doch diese Forschungsreaktoren sind durchaus umstritten. Als 2004 in Garching bei München der Reaktor FRM II in Betrieb ging, hagelte es Proteste. Denn der FRM II läuft mit Brennstäben aus hochangereichertem Uran. Und das sei, so die Kritiker, waffenfähig. Anders bei der SNS: Sie basiert sie auf einem Teilchenbeschleuniger – und liefert die stärksten Neutronenblitze der Welt. Für viele die Technik der Zukunft. Frank Kornegay:
"Bei einem Reaktor machen sich die Leute Sorgen, dass das Kühlsystem ausfallen und der Reaktorkern schmelzen könnte. Bei einem Beschleuniger geht das prinzipiell nicht: Wenn bei ihm etwas ausfällt, funktioniert er einfach nicht mehr. Er kann nicht durchgehen. Er bleibt einfach stehen."
"I’m Ian Anderson, Associate Laboratory Director at Oak Ridge National Lab.”"
Ian Anderson ist der Chef der SNS, der Spallations-Neutronenquelle. Entspannt sitzt er in seinem Büro und blickt durch die Fensterfront auf die sich endlos dahin ziehenden bewaldeten Hügelketten von Ost-Tennessee. Einen der Hügel hatte man Anfang des Jahrzehnts gerodet. Jetzt stehen auf ihm die Hallen und Gebäude der SNS.
""Es ist die stärkste Neutronenquelle der Welt. Und wir hoffen, dass sie es für einige Zeit bleiben wird."
Weltweit analysieren Tausende von Forschern ihre Proben mit Neutronen – Physiker, Biologen, Chemiker, Materialforscher. Die meisten arbeiten bislang an Forschungsreaktoren. Diese aber, sagt Ian Anderson, sind praktisch ausgereizt.
"Seit den 60er Jahren hat der Neutronenfluss, also die Zahl der Neutronen, die man aus einem Reaktor herausholen kann, kaum noch zugenommen. Das liegt ganz einfach an der maximalen Leistungsdichte eines Reaktorkerns. Die nämlich lässt sich nicht mehr viel weiter hochschrauben, sonst könnte man den Kern nicht mehr sicher kühlen. Dieses Problem haben wir mit unserer Spallationsquelle nicht. Deshalb sind wir bei den Spitzenwerten ungefähr 100 Mal besser!"
Neu ist das Konzept der Spallationsquelle zwar nicht. Doch bislang gab es nur ein paar Prototypen, relativ klein und damit den besten Forschungsreaktoren unterlegen. Mit der SNS haben es Anderson und seine Leute erstmals gewagt, eine wirklich große Teilchenkanone zur Neutronenerzeugung zu bauen. Anderson:
"1996 wurde der Bau der Anlage genehmigt. Der Grundstein wurde im Dezember 1999 gelegt. Fertig war sie im Mai 2006 – einen Monat früher als geplant und innerhalb des Budgets von 1,4 Milliarden Dollar. Zurzeit sind wir noch dabei, die Leistung allmählich hochzufahren. Angefangen haben wir 2006 mit einigen Watt. Im Moment laufen wir bei 880 Kilowatt. Die endgültige Leistung von 1,4 Megawatt wollen wir bis Ende des nächsten Jahres erreichen."
Unten im Foyer wartet Betriebsleiter Frank Kornegay. Bevor die Führung durch die Neutronenschleuder losgeht, zeigt er auf ein Schaubild. Hier steht, wie die Anlage im Prinzip funktioniert.
"Der Prozess beginnt mit Wasserstoffatomen. Zuerst ionisieren wir diese Atome, wir laden sie elektrisch auf. Dann können wir sie in diesem Linearbeschleuniger hier beschleunigen. Das Ding ist 300 Meter lang und zum Teil supraleitend, muss also mit flüssigem Helium auf minus 270 Grad Celsius gekühlt werden. Am Ende der Rennstrecke haben die Wasserstoff-Ionen 86 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreicht. Jetzt jagen wir sie durch eine Folie aus Diamant. Dort streift der Wasserstoff seine Elektronen ab. Übrig bleiben die Kerne, die Protonen. Und die jagen wir dann in einen 250 Meter großen Speicherring."
Während die Protonen durch den Kreisverkehr rasen, werden sie zu Paketen gebündelt. Pro Sekunde verlassen 60 solcher Pulse den Speicherring. Jeder Puls besteht aus Abermilliarden von schnellen, energiereichen Protonen. Dann passiert das Entscheidende. Kornegay:
"Der Puls donnert auf eine Zielscheibe aus flüssigem Quecksilber. Die Protonen treffen mit voller Wucht auf die Quecksilberkerne und lassen sie buchstäblich zerplatzen. Dabei schlägt jedes Proton aus den Quecksilberkernen 20 bis 30 Neutronen heraus. Diese Neutronen fliegen in alle Richtungen davon und werden zu den Messplätzen geleitet, wo man Proben mit ihnen bestrahlt."
Spallation, so heißt der Prozess, Kernzertrümmerung. Das Kernstück der Anlage ist die Zielscheibe aus flüssigem Quecksilber. Kornegay zeigt auf eine große Glasvitrine, darin ein matt glänzendes Gebilde aus Edelstahl, Wert: eine Million Dollar. Kornegay muss grinsen.
"Die Vitrine ist ein ziemlich teurer Kaffeetisch hier in unserer Lobby. Das Ding da drin ist eine Ersatz-Zielscheibe, die wir nächstes Jahr in unsere Anlage einbauen. Sie ist zwei Meter lang und hat vorne eine lange und breite Nase. Da fließt das Quecksilber durch, pro Sekunde fast 500 Kilogramm. Insgesamt sind es 18 Tonnen Quecksilber, die von einer großen Pumpe umgewälzt werden. Wir verwenden flüssiges Quecksilber, weil es sich umwälzen und außerdem gut kühlen lässt. Eine Zielscheibe aus festen Material würde sich durch den Protonenhagel viel zu stark erhitzen."
Pro Sekunde treffen 60 Protonenpulse auf die Edelstahlnase. Jeder Puls wird aufgeweitet auf die Größe einer Faust, sonst würde er glatt ein Loch in den Stahl bohren. Kornegay:
"Jeder Puls hat die Energie eines schweren Maschinengewehrs."
"Ost-Tennessee ist ein wunderbarer Platz zum Leben. Hier gibt es alles – Berge, Wasser und jede Menge Grün. Wir sind hier im Süden, im Sommer kann es ziemlich heiß werden und schwül. Aber dafür haben wir milde Winter. Ich bin froh, hier in Ost-Tennessee geboren zu sein – was man mir wahrscheinlich auch anhört."
Bill Cabage ist einer von 4300 Menschen, die am Oak Ridge National Laboratory arbeiten – dort, wo die Neutronenkanone steht. Oak Ridge ist eines der größten Forschungszentren der USA.
"Oak Ridge wurde 1942 gegründet, also während des Zweiten Weltkrieges, und zwar als Pilotanlage für die Produktion von Plutonium für die amerikanische Atombombe. Nach dem Krieg wurde es zum Zentrum für die Entwicklung von Kernkraftwerken. Mit der Ölkrise der 70er Jahre kam ein neuer Schwerpunkt dazu, die Energieforschung. Und seit zehn Jahren kümmern wir uns verstärkt um die Materialforschung."
Bill Cabage ist zum ältesten Teil des Forschungszentrums gefahren. Er steigt aus und geht auf ein Gebäude aus den 40er Jahren zu. "National Historical Landmark" steht an der Tür. Ein Geschichtsdenkmal der USA.
"Das hier ist der erste Kernreaktor der Welt. Am Morgen des 4. November 1943 ging er in Betrieb. Die erste kontrollierte Kernspaltung hatte der Physiker Enrico Fermi zwar schon ein Jahr zuvor geschafft, in Chicago, aber nur mit einem provisorischen Aufbau. Hier vor uns steht der erste richtige Reaktor, ebenfalls gebaut von Enrico Fermi. Und hier wurde auch das erste Plutonium für das Atombomben-Projekt gebrütet."
Codename: X-10. Ein Klotz aus Graphit, acht Meter hoch und breit, umhüllt von einer Wand aus Beton. Cabage:
"In der Betonwand sind lauter Löcher, jeweils zwanzig Zentimeter voneinander entfernt. Vor dem Reaktor sehen Sie drei Puppen stehen. Sie stellen Arbeiter dar, die gerade Uranbrennstäbe durch die Löcher in den Reaktor schieben. Ziemlich primitiv das Ganze, aber der Reaktor lief bis in die frühen 60er Jahre."
Und hier, am Graphitreaktor X-10, machten zwei Forscher kurz nach dem 2. Weltkrieg eine bemerkenswerte Entdeckung. Cabage:
"Die beiden Physiker Ernest Wollan und Clifford Shull bestrahlten bestimmte Materialproben mit Neutronen. Und sie stellten fest, dass sich damit die genaue Struktur der Proben erkennen ließ. Plötzlich konnte man Details sehen, die mit Röntgenstrahlen nicht zu erkennen waren. Neutronenstreuung, so nannten sie die neue Technik. Und 1994 erhielt Clifford Shull dafür den Physik-Nobelpreis."
Heute, sagt Cabage, ist man nur zwei Meilen entfernt damit beschäftigt, diese Technik zur Perfektion weiterzuentwickeln. Denn zwei Meilen entfernt steht die Neutronenkanone SNS.
"Testing: 1, 2, 3, 4, 5."
"Das ist eine Urkunde vom Guinness-Buch der Rekorde. Darauf steht: Die SNS ist die stärkste Spallationsquelle der Welt. Diese Urkunde haben wir uns natürlich an die Wand gehängt."
Frank Kornegay ist in einen Raum gegangen, der an ein Raumschiffdeck denken lässt: keine Fenster, gedämpftes Licht, Dutzende von Flachbildschirmen und Computertastaturen.
"Wir sind hier im zentralen Kontrollraum. An den Computerkonsolen sehen Sie die Operatoren, wie sie die ganze Anlage steuern. Das hier ist die Nervenzentrale der Spallationsquelle."
An einem der Plätze sitzt eine junge Frau, das Auge auf die Bildschirme geheftet, darauf unzählige Kurven und Zahlenwerte. Die Hand ruht auf der Maus, jederzeit bereit, einen Befehl loszuschicken.
"Ich bin Heidi – also ein urdeutscher Name. In diesem Raum halten wir die Maschine am Laufen. Wir stellen sicher, dass die Protonen möglichst genau auf ihr Ziel treffen. Läuft etwas schief, sagen uns die Computeranzeigen sofort, dass wir etwas korrigieren müssen."
Sie zeigt auf einen der Monitore. Ein Schema der Anlage, eine Art digitaler Plan.
"Das Bild zeigt die Anlage von Anfang bis zum Ende: erst die Protonenquelle, dann Beschleuniger und Ring und schließlich die Zielscheibe. Für jede Komponente zeigt eine Art Ampel an, wie ihr Status gerade ist. Grün heißt: alles okay. Rot bedeutet: Hier stimmt was nicht, es gibt ein Problem, um das wir uns kümmern sollten."
Eine der Anzeigen leuchtet rot – ein Teil des Linearbeschleunigers. Doch Heidi bleibt gelassen. Nur der Test eines Lasersystems, sagt sie. Den Lauf der Anlage stört das nicht.
Für gewöhnlich ist der Kontrollraum von vier, fünf Leuten besetzt. Am 28. April 2006 aber drängte sich hier die halbe Belegschaft. An diesem Tag, erzählt Frank Kornegay, wurde die SNS eingeschaltet.
"Das war ein Freitag. Als dann der Strahl auf das Ziel traf und erstmals Neutronen erzeugte – das war ziemlich aufregend. Viele von uns hatten fast zehn Jahre an dem Projekt gearbeitet und jede Menge Zeit und Energie reingesteckt. Und dann klappte es gleich auf Anhieb! Uns allen fiel ein Stein vom Herzen. Abends gab es dann eine schöne Feier beim Direktor – Champagner inklusive."
Anfang Mai, das Konferenzzentrum von Knoxville, Tennessee. Knoxville liegt 20 Meilen von Oak Ridge entfernt und hat in diesen Tagen einige hundert Neutronenforscher zu einer internationalen Konferenz zu Gast. Tagsüber haben sie Vorträgen gelauscht und Diskussionsrunden besucht. Jetzt, am Abend, ist die Stimmung entspannt, fast wie auf einer Party. Im Foyer ein Buffet, Wein und Bier inklusive. Ein Trio gibt gut abgehangene Country-Klassiker zum Besten. "Pistol Creek Catch of the Day", so heißt die Combo. An der Fidel: Bill Cabage, der Mann vom Graphitreaktor.
In der Halle nebenan sind die Poster aufgehängt, dicht an dicht. Hier präsentieren die Forscher ihre jüngsten Ergebnisse – eine Art Kontakthof der Wissenschaft. Wie auf einer Messe schlendert man von Stand zu Stand und plauscht ein wenig mit dem zuständigen Experten, der auskunftsbereit neben dem Poster steht. Unter diesen Experten finden sich auch einige, die schon mit der SNS experimentieren, der Neutronenschleuder aus Tennessee.
"I’m Eugenia Kharlampieva. I’m from Georgia Tech, I’m a postdoctoral associate.”"
Kommt aus Russland, arbeitet aber jetzt in Atlanta, in den Südstaaten der USA.
""Die Idee hinter meiner Forschung ist, die Struktur von nanometerdünnen Kunststofffilmen zu untersuchen. Diese Filme lassen sich mit Nanoteilchen oder Eiweißmolekülen spicken. Dadurch reagieren sie dann sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse und eignen sich als Sensoren. Oder sie könnten als winzige Medikamenten-Taxis dienen, die den Wirkstoff erst dort freisetzen, wo er im Körper wirken soll. SNS jedenfalls ist die perfekte Maschine, um solche nanometerkleinen Proben zu untersuchen."
"My name is Gary Mankey. I’m a professor at the University of Alabama.”"
Klein, untersetzt, ein Bauch von amerikanischen Ausmaßen.
""Unser Schwerpunkt liegt bei magnetischen Materialien für die Datenspeicherung. Mit SNS haben wir die Eigenschaften dünner magnetischer Schichten untersucht. Die Datennahme läuft sehr viel schneller als an einem Reaktor, deshalb können wir viel mehr Messreihen aufnehmen. Wir versuchen, den Magnetismus in einem Längenbereich von Nanometern zu kontrollieren. Das ist zwar noch Grundlagenforschung, aber die Ergebnisse sehen viel versprechend aus. Es scheint durchaus möglich, damit eines Tages neue Speichermedien zu bauen."
"Mein Name ist Christoph Wildgruber. Ich bin Lead Instrument Scientist in Oak Ridge. Ich habe mich auf das Bauen von Instrumenten für die Forschung mit Neutronen spezialisiert."
Ein Bayer in Tennessee. Versucht stets da zu sein, wo in der Neutronenforschung gerade die Musik spielt.
"Dieses Instrument misst etwas, was bei Chemikern sehr wohl bekannt ist – Molekülschwingungen. Aus der Geschwindigkeit, mit der diese Schwingungen passieren, kann man Rückschlüsse ziehen, welche Moleküle man vor sich hat, aber auch, was die Moleküle machen. Das ist sehr wichtig, wenn Katalysatoren entwickelt werden. Ein Beispiel ist das Cracken, das Aufbrechen von natürlichen Kohlenwasserstoffen in Benzin. Man kann sich leicht vorstellen: Wenn man bei diesem Cracken Energie sparen kann – man braucht nicht viel einzusparen, um in der ganzen Raffinerie ungeheuere Mengen an Geld zu sparen."
"George Reiter, I’m a professor of physics at the University of Houston.”"
Auf dem Kopf ein Cowboyhut. Offenbar ein waschechter Texaner.
""Eines der Materialien, die wir untersuchen, könnte als Elektrolyt in einer Brennstoffzelle dienen. Es besitzt eine sehr hohe Leitfähigkeit für Protonen. Mit Hilfe von Neutronen können wir genau beobachten, wie sich die Protonen in diesem Material bewegen. Das Experiment, das wir hier an der SNS in Oak Ridge planen, wäre um einen Faktor 100 besser als das, was es bisher gibt."
"Testing: 1, 2, 3, 4, 5."
All diese Experimente finden in einer Halle statt, die groß ist wie ein Fußballfeld. Frank Kornegay ist auf eine Galerie geklettert und zeigt zur Hallenmitte: Dort, hinter meterdicken Betonwänden, steckt die Zielscheibe. Hier erzeugt das Dauerfeuer der Wasserstoffkerne die Neutronen. Sternförmig gehen 24 Beamlines ab – rechteckige Röhren. Durch sie fliegen die Neutronen zu den Messplätzen. Auch die Röhren stecken hinter Stahlbeton. Denn Neutronen sind radioaktiv, und der Beton schirmt die Strahlung ab.
"Es gibt hier Unmengen an Beton und Stahl. Um mal eine Zahl zu nennen: Diese Halle hat vier Stockwerke und wiegt genauso viel wie ein 40-stöckiger Wolkenkratzer mit derselben Grundfläche!"
Die Beamlines sind bis zu 80 Meter lang. An ihrem Ende treffen die Neutronen auf die Probe, werden von deren Atomen abgelenkt und mit Detektoren aufgefangen. Aus deren Messdaten lässt sich dann schließen, wie die Probe im Detail aufgebaut ist und welche Prozesse sich in ihr abspielen. Die SNS erzeugt die stärksten Neutronenblitze der Welt. Deshalb, sagt Frank Kornegay, laufen die Messungen besonders schnell.
"Hier kann man Messungen in fünfzehn Sekunden erledigen, für die man woanders Stunden braucht. Das ist der Quantensprung, den wir mit der SNS hinbekommen. Ein faszinierendes Konzept. Das Mikroskop des 21. Jahrhunderts."
Im Bedienstand von Beamline 15, einem schlichten Container, hockt ein junger Physiker vor seinem Laptop.
"Es fehlt noch das ganze Mobiliar – Tische, Stühle."
Nikolas Arend kommt vom Forschungszentrum Jülich und ist für drei Jahre nach Oak Ridge abgeordnet. Sein Team baut hier gerade einen neuen Messplatz auf – die einzige europäische Außenstelle an der SNS.
"Wir sind dabei, das Instrument in Betrieb zu nehmen. Wir müssen die Komponenten auf Funktionstüchtigkeit testen. Es gibt sehr viele Komponenten hier, es ist ein sehr kompliziertes Instrument."
Im Herbst soll der Messplatz in Betrieb gehen. Arend und seine Leute profitieren davon, dass die SNS im Gegensatz zu einem Reaktor keinen stetigen Neutronenfluss liefert, sondern hochintensive Neutronenblitze. Wie mit einem Stroboskop kann man mit diesen Blitzen sehen, was in einem Material passiert, welche Prozesse sich abspielen.
"Mit diesem Instrument können Sie sehr gut die Bewegungen von Molekülketten in Proben untersuchen – alles sehr, sehr langsame Bewegungen. Im Wesentlichen liegen die Anwendungen in der Polymerphysik. Zum Beispiel Gummimischungen für Reifen – die Eigenschaften zu untersuchen wäre eine sehr pragmatische Anwendung, denke ich."
Gern hätten die Jülicher ihre Messungen in Europa gemacht. Hier gibt es zwar leistungsfähige Forschungsreaktoren, bislang aber nur zwei relativ kleine Spallationsquellen. Dabei träumen die Europäer schon länger von einer wirklich großen Neutronenkanone.
"1994 wurde das Projekt aus der Taufe gehoben, in einem kleinen Hotel irgendwo in der Eifel, wo sich die Engländer und die Deutschen getroffen haben, und wo wir gesagt haben: Europa braucht so etwas, und wir fangen damit an!"
Dieter Richter, Forschungszentrum Jülich. ESS, so heißt das Projekt, European Spallation Source. 2002 waren die Pläne fertig. Kostenschätzung: 1,4 Milliarden Euro. Standort: Forschungszentrum Jülich. Leistung: fünf Megawatt, also viermal so viel wie bei der SNS und auch wie bei einer Spallationsquelle, die die Japaner gerade bauen. Dann aber lehnte die Bundesregierung das Projekt ab. Warum? Richter verzieht das Gesicht.
"Das war der Wissenschaftsrat, der in seiner Weisheit entschieden hat, dass man die ESS nicht braucht. Die Idee war wohl gewesen, dass man praktisch alles mit Röntgenstrahlen machen kann und deswegen die Neutronen nicht brauchen würde. Aber offenbar wird das in anderen Gegenden der Welt anders gesehen. Die Amerikaner haben eine sehr gute technische Arbeit hingelegt. In Japan hat man eine solche Quelle gebaut. Beide sind jetzt dem weit überlegen, was man in Europa hat. Und ich hoffe, dass es in Europa jetzt mal zu einer positiven Entscheidung kommt."
Nun kommt wieder Schwung in die Sache. Seit Ende Mai gibt es einen neuen Bewerber für die ESS – Lund in Südschweden. Nur: Ob die ESS auch gebaut wird, ist noch offen. Zwar will Skandinavien 50% der Kosten tragen, etwa 700 Mio. Euro. Doch wo die anderen 700 Millionen herkommen und welche Länder sich beteiligen, ist noch unklar und soll in den kommenden zwei Jahren verhandelt werden. Fertig wäre die europäische Neutronenschleuder wohl nicht vor 2020. Dieter Richter:
"Ich habe den Eindruck, dass diesmal die Chancen gut sind. Zum Beispiel ist die Position der deutschen Bundesregierung wohl die, dass man auf jeden Fall da teilnehmen will und auch seinen finanziellen Beitrag leisten will."
Und was sagen jene Neutronenforscher, die bislang mit Reaktoren arbeiten? Auch sie sehen die Vorteile, die eine Spallationsquelle mit sich bringt.
"Kurz gesagt: Die Intensität ist in den Neutronenpulsen höher als bei dem Reaktor in Grenoble."
Richard Wagner, Direktor am Institut Laue-Langevin in Grenoble. Hier steht der leistungsfähigste Forschungsreaktor der Welt, mittlerweile 40 Jahre alt.
"Wenn Sie Experimente durchführen wollen, die über eine lange Zeit gehen müssen, wo Sie einen konstanten Fluss haben, ist nach wie vor der Grenoble-Reaktor überlegen für einige Experimente. Insofern würde ich sagen: Die beiden Quellen ergänzen sich gegenseitig. Nichtsdestotrotz glaube ich: Die Zeit der Forschungsreaktoren, dass neue gebaut werden, dass diese Zeit abgelaufen ist. Man wird aufgrund der höheren Effizienz wahrscheinlich in Zukunft nur noch Spallationsquellen bauen."
Also: Die Tage der Forschungsreaktoren scheinen gezählt. Auf lange Sicht sind ihnen die Spallationsquellen überlegen. Das hat die SNS, die Teilchenkanone von Tennessee, eindrucksvoll bewiesen. Der Betrieb läuft wie geplant, die Technik funktioniert. Und die nächste Ausbaustufe gilt bereits als beschlossen: In ein paar Jahren soll die SNS eine zweite Zielscheibe erhalten und damit ihre Leistung verdoppeln.
"Testing: 1, 2, 3, 4, 5."
Zum Schluss gewährt Frank Kornegay einen kurzen Blick ins Zentrum der SNS. Mauern wie im Luftschutzbunker, Fenster aus Bleiglas, Türen wie bei einem Banktresor.
"Wir sind nun im letzten Zugangsbereich vor der Zielscheibe. Sie ist nur noch zehn Meter von uns entfernt, direkt hinter der dicken Betonmauer da. Der Protonenstrahl läuft direkt unter unseren Füßen. Da vorne trifft er auf die Zielscheibe und erzeugt die Neutronen."
Durch den ständigen Protonenhagel ist die Zielscheibe hoch radioaktiv – deshalb die dicken Mauern und Türen. Anders als bei einem Reaktor entsteht hier zwar kein langlebiger Atommüll, sagt Kornegay. Aber dennoch: Anfassen darf man die Zielscheibe nicht.
"In diesem radioaktiven Bereich machen wir alles per Fernsteuerung: Glühbirnen auswechseln, Kameras austauschen, Schrauben und Dichtungen – einfach alles. Das funktioniert mit einer Art Hightech-Joystick. Leute, die so ein Ding perfekt beherrschen, können damit ein Streichholz aus der Schachtel nehmen und anzünden."
Unter dem Hagel der Protonen wird die Zielscheibe allmählich mürbe. Dann werden sie die Spezialisten mit den geschickten Händen auswechseln müssen, und zwar drei bis vier Mal pro Jahr.
"Die alte Zielscheibe wird weggerollt. Danach kann sie der Operator mit seinem Joystick abstöpseln, losschrauben und mit einem Kran beiseite stellen. Anschließend rollt er die neue Zielscheibe hinein, muss sie befestigen und anschließen. Und dann kann’s weitergehen mit der Wissenschaft."
Chemische Zusammensetzung: 39,8% Eisen, 27,7% Sauerstoff,14,5% Silizium. Dazu Schwefel, Kohlenstoff, Spurenelemente.
Die Alpen. Ein Fels aus Granit, grau, unscheinbar. Zusammensetzung: Quarz, Feldspat und Glimmer.
Der Blick ins Detail. Die Struktur: hochkomplex. Atome, geschichtet zu einem Gitter. Geometrische Perfektion, fortgesetzt bis ins Unendliche. Doch da: Durcheinander inmitten der Ordnung. Atome, die hier nicht hingehören. Eisen? Kupfer? Wasserstoff?
"My name is Frank Kornegay. I’m the operations manager for the Spallation Neutron Source.”"
Frank Kornegay ist Physiker. Mitte 50, US-Amerikaner. Freundlich, zuvorkommend, auskunftsfreudig.
""Mein Job ist, hier alles am Laufen zu halten. Ich bin seit elf Jahren dabei. Ich war schon hier, bevor der erste Baum gefällt wurde. Und ich liebe meinen Job – auch wenn er manchmal ziemlich stressig ist."
Kornegay ist Betriebsleiter einer außergewöhnlichen, neuen Maschine im US-Bundesstaat Tennessee. SNS, so heißt sie, auf deutsch: Spallations-Neutronenquelle. Eine Riesenanlage, die mehrere Hallen füllt. Sie erzeugt Neutronen, winzige Kernteilchen. Neben den Röntgenstrahlen zählen diese Neutronen zu den wichtigsten Werkzeugen der Materialforscher. Ihr Ziel: Jene Rätsel entschlüsseln, die die Natur in ihrem Innersten birgt. Wie formen Atome einen Kristall, der extrem hart ist oder magnetisch? Wo lauern winzigste Poren und Risse, die einen Flugzeugflügel brechen lassen? Wie schafft es ein Enzym in unserem Körper, Giftstoffe abzubauen, zum Beispiel Alkohol? Bislang werden Neutronen vor allem mit Forschungsreaktoren erzeugt, als Produkt der Kernspaltung. Doch diese Forschungsreaktoren sind durchaus umstritten. Als 2004 in Garching bei München der Reaktor FRM II in Betrieb ging, hagelte es Proteste. Denn der FRM II läuft mit Brennstäben aus hochangereichertem Uran. Und das sei, so die Kritiker, waffenfähig. Anders bei der SNS: Sie basiert sie auf einem Teilchenbeschleuniger – und liefert die stärksten Neutronenblitze der Welt. Für viele die Technik der Zukunft. Frank Kornegay:
"Bei einem Reaktor machen sich die Leute Sorgen, dass das Kühlsystem ausfallen und der Reaktorkern schmelzen könnte. Bei einem Beschleuniger geht das prinzipiell nicht: Wenn bei ihm etwas ausfällt, funktioniert er einfach nicht mehr. Er kann nicht durchgehen. Er bleibt einfach stehen."
"I’m Ian Anderson, Associate Laboratory Director at Oak Ridge National Lab.”"
Ian Anderson ist der Chef der SNS, der Spallations-Neutronenquelle. Entspannt sitzt er in seinem Büro und blickt durch die Fensterfront auf die sich endlos dahin ziehenden bewaldeten Hügelketten von Ost-Tennessee. Einen der Hügel hatte man Anfang des Jahrzehnts gerodet. Jetzt stehen auf ihm die Hallen und Gebäude der SNS.
""Es ist die stärkste Neutronenquelle der Welt. Und wir hoffen, dass sie es für einige Zeit bleiben wird."
Weltweit analysieren Tausende von Forschern ihre Proben mit Neutronen – Physiker, Biologen, Chemiker, Materialforscher. Die meisten arbeiten bislang an Forschungsreaktoren. Diese aber, sagt Ian Anderson, sind praktisch ausgereizt.
"Seit den 60er Jahren hat der Neutronenfluss, also die Zahl der Neutronen, die man aus einem Reaktor herausholen kann, kaum noch zugenommen. Das liegt ganz einfach an der maximalen Leistungsdichte eines Reaktorkerns. Die nämlich lässt sich nicht mehr viel weiter hochschrauben, sonst könnte man den Kern nicht mehr sicher kühlen. Dieses Problem haben wir mit unserer Spallationsquelle nicht. Deshalb sind wir bei den Spitzenwerten ungefähr 100 Mal besser!"
Neu ist das Konzept der Spallationsquelle zwar nicht. Doch bislang gab es nur ein paar Prototypen, relativ klein und damit den besten Forschungsreaktoren unterlegen. Mit der SNS haben es Anderson und seine Leute erstmals gewagt, eine wirklich große Teilchenkanone zur Neutronenerzeugung zu bauen. Anderson:
"1996 wurde der Bau der Anlage genehmigt. Der Grundstein wurde im Dezember 1999 gelegt. Fertig war sie im Mai 2006 – einen Monat früher als geplant und innerhalb des Budgets von 1,4 Milliarden Dollar. Zurzeit sind wir noch dabei, die Leistung allmählich hochzufahren. Angefangen haben wir 2006 mit einigen Watt. Im Moment laufen wir bei 880 Kilowatt. Die endgültige Leistung von 1,4 Megawatt wollen wir bis Ende des nächsten Jahres erreichen."
Unten im Foyer wartet Betriebsleiter Frank Kornegay. Bevor die Führung durch die Neutronenschleuder losgeht, zeigt er auf ein Schaubild. Hier steht, wie die Anlage im Prinzip funktioniert.
"Der Prozess beginnt mit Wasserstoffatomen. Zuerst ionisieren wir diese Atome, wir laden sie elektrisch auf. Dann können wir sie in diesem Linearbeschleuniger hier beschleunigen. Das Ding ist 300 Meter lang und zum Teil supraleitend, muss also mit flüssigem Helium auf minus 270 Grad Celsius gekühlt werden. Am Ende der Rennstrecke haben die Wasserstoff-Ionen 86 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreicht. Jetzt jagen wir sie durch eine Folie aus Diamant. Dort streift der Wasserstoff seine Elektronen ab. Übrig bleiben die Kerne, die Protonen. Und die jagen wir dann in einen 250 Meter großen Speicherring."
Während die Protonen durch den Kreisverkehr rasen, werden sie zu Paketen gebündelt. Pro Sekunde verlassen 60 solcher Pulse den Speicherring. Jeder Puls besteht aus Abermilliarden von schnellen, energiereichen Protonen. Dann passiert das Entscheidende. Kornegay:
"Der Puls donnert auf eine Zielscheibe aus flüssigem Quecksilber. Die Protonen treffen mit voller Wucht auf die Quecksilberkerne und lassen sie buchstäblich zerplatzen. Dabei schlägt jedes Proton aus den Quecksilberkernen 20 bis 30 Neutronen heraus. Diese Neutronen fliegen in alle Richtungen davon und werden zu den Messplätzen geleitet, wo man Proben mit ihnen bestrahlt."
Spallation, so heißt der Prozess, Kernzertrümmerung. Das Kernstück der Anlage ist die Zielscheibe aus flüssigem Quecksilber. Kornegay zeigt auf eine große Glasvitrine, darin ein matt glänzendes Gebilde aus Edelstahl, Wert: eine Million Dollar. Kornegay muss grinsen.
"Die Vitrine ist ein ziemlich teurer Kaffeetisch hier in unserer Lobby. Das Ding da drin ist eine Ersatz-Zielscheibe, die wir nächstes Jahr in unsere Anlage einbauen. Sie ist zwei Meter lang und hat vorne eine lange und breite Nase. Da fließt das Quecksilber durch, pro Sekunde fast 500 Kilogramm. Insgesamt sind es 18 Tonnen Quecksilber, die von einer großen Pumpe umgewälzt werden. Wir verwenden flüssiges Quecksilber, weil es sich umwälzen und außerdem gut kühlen lässt. Eine Zielscheibe aus festen Material würde sich durch den Protonenhagel viel zu stark erhitzen."
Pro Sekunde treffen 60 Protonenpulse auf die Edelstahlnase. Jeder Puls wird aufgeweitet auf die Größe einer Faust, sonst würde er glatt ein Loch in den Stahl bohren. Kornegay:
"Jeder Puls hat die Energie eines schweren Maschinengewehrs."
"Ost-Tennessee ist ein wunderbarer Platz zum Leben. Hier gibt es alles – Berge, Wasser und jede Menge Grün. Wir sind hier im Süden, im Sommer kann es ziemlich heiß werden und schwül. Aber dafür haben wir milde Winter. Ich bin froh, hier in Ost-Tennessee geboren zu sein – was man mir wahrscheinlich auch anhört."
Bill Cabage ist einer von 4300 Menschen, die am Oak Ridge National Laboratory arbeiten – dort, wo die Neutronenkanone steht. Oak Ridge ist eines der größten Forschungszentren der USA.
"Oak Ridge wurde 1942 gegründet, also während des Zweiten Weltkrieges, und zwar als Pilotanlage für die Produktion von Plutonium für die amerikanische Atombombe. Nach dem Krieg wurde es zum Zentrum für die Entwicklung von Kernkraftwerken. Mit der Ölkrise der 70er Jahre kam ein neuer Schwerpunkt dazu, die Energieforschung. Und seit zehn Jahren kümmern wir uns verstärkt um die Materialforschung."
Bill Cabage ist zum ältesten Teil des Forschungszentrums gefahren. Er steigt aus und geht auf ein Gebäude aus den 40er Jahren zu. "National Historical Landmark" steht an der Tür. Ein Geschichtsdenkmal der USA.
"Das hier ist der erste Kernreaktor der Welt. Am Morgen des 4. November 1943 ging er in Betrieb. Die erste kontrollierte Kernspaltung hatte der Physiker Enrico Fermi zwar schon ein Jahr zuvor geschafft, in Chicago, aber nur mit einem provisorischen Aufbau. Hier vor uns steht der erste richtige Reaktor, ebenfalls gebaut von Enrico Fermi. Und hier wurde auch das erste Plutonium für das Atombomben-Projekt gebrütet."
Codename: X-10. Ein Klotz aus Graphit, acht Meter hoch und breit, umhüllt von einer Wand aus Beton. Cabage:
"In der Betonwand sind lauter Löcher, jeweils zwanzig Zentimeter voneinander entfernt. Vor dem Reaktor sehen Sie drei Puppen stehen. Sie stellen Arbeiter dar, die gerade Uranbrennstäbe durch die Löcher in den Reaktor schieben. Ziemlich primitiv das Ganze, aber der Reaktor lief bis in die frühen 60er Jahre."
Und hier, am Graphitreaktor X-10, machten zwei Forscher kurz nach dem 2. Weltkrieg eine bemerkenswerte Entdeckung. Cabage:
"Die beiden Physiker Ernest Wollan und Clifford Shull bestrahlten bestimmte Materialproben mit Neutronen. Und sie stellten fest, dass sich damit die genaue Struktur der Proben erkennen ließ. Plötzlich konnte man Details sehen, die mit Röntgenstrahlen nicht zu erkennen waren. Neutronenstreuung, so nannten sie die neue Technik. Und 1994 erhielt Clifford Shull dafür den Physik-Nobelpreis."
Heute, sagt Cabage, ist man nur zwei Meilen entfernt damit beschäftigt, diese Technik zur Perfektion weiterzuentwickeln. Denn zwei Meilen entfernt steht die Neutronenkanone SNS.
"Testing: 1, 2, 3, 4, 5."
"Das ist eine Urkunde vom Guinness-Buch der Rekorde. Darauf steht: Die SNS ist die stärkste Spallationsquelle der Welt. Diese Urkunde haben wir uns natürlich an die Wand gehängt."
Frank Kornegay ist in einen Raum gegangen, der an ein Raumschiffdeck denken lässt: keine Fenster, gedämpftes Licht, Dutzende von Flachbildschirmen und Computertastaturen.
"Wir sind hier im zentralen Kontrollraum. An den Computerkonsolen sehen Sie die Operatoren, wie sie die ganze Anlage steuern. Das hier ist die Nervenzentrale der Spallationsquelle."
An einem der Plätze sitzt eine junge Frau, das Auge auf die Bildschirme geheftet, darauf unzählige Kurven und Zahlenwerte. Die Hand ruht auf der Maus, jederzeit bereit, einen Befehl loszuschicken.
"Ich bin Heidi – also ein urdeutscher Name. In diesem Raum halten wir die Maschine am Laufen. Wir stellen sicher, dass die Protonen möglichst genau auf ihr Ziel treffen. Läuft etwas schief, sagen uns die Computeranzeigen sofort, dass wir etwas korrigieren müssen."
Sie zeigt auf einen der Monitore. Ein Schema der Anlage, eine Art digitaler Plan.
"Das Bild zeigt die Anlage von Anfang bis zum Ende: erst die Protonenquelle, dann Beschleuniger und Ring und schließlich die Zielscheibe. Für jede Komponente zeigt eine Art Ampel an, wie ihr Status gerade ist. Grün heißt: alles okay. Rot bedeutet: Hier stimmt was nicht, es gibt ein Problem, um das wir uns kümmern sollten."
Eine der Anzeigen leuchtet rot – ein Teil des Linearbeschleunigers. Doch Heidi bleibt gelassen. Nur der Test eines Lasersystems, sagt sie. Den Lauf der Anlage stört das nicht.
Für gewöhnlich ist der Kontrollraum von vier, fünf Leuten besetzt. Am 28. April 2006 aber drängte sich hier die halbe Belegschaft. An diesem Tag, erzählt Frank Kornegay, wurde die SNS eingeschaltet.
"Das war ein Freitag. Als dann der Strahl auf das Ziel traf und erstmals Neutronen erzeugte – das war ziemlich aufregend. Viele von uns hatten fast zehn Jahre an dem Projekt gearbeitet und jede Menge Zeit und Energie reingesteckt. Und dann klappte es gleich auf Anhieb! Uns allen fiel ein Stein vom Herzen. Abends gab es dann eine schöne Feier beim Direktor – Champagner inklusive."
Anfang Mai, das Konferenzzentrum von Knoxville, Tennessee. Knoxville liegt 20 Meilen von Oak Ridge entfernt und hat in diesen Tagen einige hundert Neutronenforscher zu einer internationalen Konferenz zu Gast. Tagsüber haben sie Vorträgen gelauscht und Diskussionsrunden besucht. Jetzt, am Abend, ist die Stimmung entspannt, fast wie auf einer Party. Im Foyer ein Buffet, Wein und Bier inklusive. Ein Trio gibt gut abgehangene Country-Klassiker zum Besten. "Pistol Creek Catch of the Day", so heißt die Combo. An der Fidel: Bill Cabage, der Mann vom Graphitreaktor.
In der Halle nebenan sind die Poster aufgehängt, dicht an dicht. Hier präsentieren die Forscher ihre jüngsten Ergebnisse – eine Art Kontakthof der Wissenschaft. Wie auf einer Messe schlendert man von Stand zu Stand und plauscht ein wenig mit dem zuständigen Experten, der auskunftsbereit neben dem Poster steht. Unter diesen Experten finden sich auch einige, die schon mit der SNS experimentieren, der Neutronenschleuder aus Tennessee.
"I’m Eugenia Kharlampieva. I’m from Georgia Tech, I’m a postdoctoral associate.”"
Kommt aus Russland, arbeitet aber jetzt in Atlanta, in den Südstaaten der USA.
""Die Idee hinter meiner Forschung ist, die Struktur von nanometerdünnen Kunststofffilmen zu untersuchen. Diese Filme lassen sich mit Nanoteilchen oder Eiweißmolekülen spicken. Dadurch reagieren sie dann sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse und eignen sich als Sensoren. Oder sie könnten als winzige Medikamenten-Taxis dienen, die den Wirkstoff erst dort freisetzen, wo er im Körper wirken soll. SNS jedenfalls ist die perfekte Maschine, um solche nanometerkleinen Proben zu untersuchen."
"My name is Gary Mankey. I’m a professor at the University of Alabama.”"
Klein, untersetzt, ein Bauch von amerikanischen Ausmaßen.
""Unser Schwerpunkt liegt bei magnetischen Materialien für die Datenspeicherung. Mit SNS haben wir die Eigenschaften dünner magnetischer Schichten untersucht. Die Datennahme läuft sehr viel schneller als an einem Reaktor, deshalb können wir viel mehr Messreihen aufnehmen. Wir versuchen, den Magnetismus in einem Längenbereich von Nanometern zu kontrollieren. Das ist zwar noch Grundlagenforschung, aber die Ergebnisse sehen viel versprechend aus. Es scheint durchaus möglich, damit eines Tages neue Speichermedien zu bauen."
"Mein Name ist Christoph Wildgruber. Ich bin Lead Instrument Scientist in Oak Ridge. Ich habe mich auf das Bauen von Instrumenten für die Forschung mit Neutronen spezialisiert."
Ein Bayer in Tennessee. Versucht stets da zu sein, wo in der Neutronenforschung gerade die Musik spielt.
"Dieses Instrument misst etwas, was bei Chemikern sehr wohl bekannt ist – Molekülschwingungen. Aus der Geschwindigkeit, mit der diese Schwingungen passieren, kann man Rückschlüsse ziehen, welche Moleküle man vor sich hat, aber auch, was die Moleküle machen. Das ist sehr wichtig, wenn Katalysatoren entwickelt werden. Ein Beispiel ist das Cracken, das Aufbrechen von natürlichen Kohlenwasserstoffen in Benzin. Man kann sich leicht vorstellen: Wenn man bei diesem Cracken Energie sparen kann – man braucht nicht viel einzusparen, um in der ganzen Raffinerie ungeheuere Mengen an Geld zu sparen."
"George Reiter, I’m a professor of physics at the University of Houston.”"
Auf dem Kopf ein Cowboyhut. Offenbar ein waschechter Texaner.
""Eines der Materialien, die wir untersuchen, könnte als Elektrolyt in einer Brennstoffzelle dienen. Es besitzt eine sehr hohe Leitfähigkeit für Protonen. Mit Hilfe von Neutronen können wir genau beobachten, wie sich die Protonen in diesem Material bewegen. Das Experiment, das wir hier an der SNS in Oak Ridge planen, wäre um einen Faktor 100 besser als das, was es bisher gibt."
"Testing: 1, 2, 3, 4, 5."
All diese Experimente finden in einer Halle statt, die groß ist wie ein Fußballfeld. Frank Kornegay ist auf eine Galerie geklettert und zeigt zur Hallenmitte: Dort, hinter meterdicken Betonwänden, steckt die Zielscheibe. Hier erzeugt das Dauerfeuer der Wasserstoffkerne die Neutronen. Sternförmig gehen 24 Beamlines ab – rechteckige Röhren. Durch sie fliegen die Neutronen zu den Messplätzen. Auch die Röhren stecken hinter Stahlbeton. Denn Neutronen sind radioaktiv, und der Beton schirmt die Strahlung ab.
"Es gibt hier Unmengen an Beton und Stahl. Um mal eine Zahl zu nennen: Diese Halle hat vier Stockwerke und wiegt genauso viel wie ein 40-stöckiger Wolkenkratzer mit derselben Grundfläche!"
Die Beamlines sind bis zu 80 Meter lang. An ihrem Ende treffen die Neutronen auf die Probe, werden von deren Atomen abgelenkt und mit Detektoren aufgefangen. Aus deren Messdaten lässt sich dann schließen, wie die Probe im Detail aufgebaut ist und welche Prozesse sich in ihr abspielen. Die SNS erzeugt die stärksten Neutronenblitze der Welt. Deshalb, sagt Frank Kornegay, laufen die Messungen besonders schnell.
"Hier kann man Messungen in fünfzehn Sekunden erledigen, für die man woanders Stunden braucht. Das ist der Quantensprung, den wir mit der SNS hinbekommen. Ein faszinierendes Konzept. Das Mikroskop des 21. Jahrhunderts."
Im Bedienstand von Beamline 15, einem schlichten Container, hockt ein junger Physiker vor seinem Laptop.
"Es fehlt noch das ganze Mobiliar – Tische, Stühle."
Nikolas Arend kommt vom Forschungszentrum Jülich und ist für drei Jahre nach Oak Ridge abgeordnet. Sein Team baut hier gerade einen neuen Messplatz auf – die einzige europäische Außenstelle an der SNS.
"Wir sind dabei, das Instrument in Betrieb zu nehmen. Wir müssen die Komponenten auf Funktionstüchtigkeit testen. Es gibt sehr viele Komponenten hier, es ist ein sehr kompliziertes Instrument."
Im Herbst soll der Messplatz in Betrieb gehen. Arend und seine Leute profitieren davon, dass die SNS im Gegensatz zu einem Reaktor keinen stetigen Neutronenfluss liefert, sondern hochintensive Neutronenblitze. Wie mit einem Stroboskop kann man mit diesen Blitzen sehen, was in einem Material passiert, welche Prozesse sich abspielen.
"Mit diesem Instrument können Sie sehr gut die Bewegungen von Molekülketten in Proben untersuchen – alles sehr, sehr langsame Bewegungen. Im Wesentlichen liegen die Anwendungen in der Polymerphysik. Zum Beispiel Gummimischungen für Reifen – die Eigenschaften zu untersuchen wäre eine sehr pragmatische Anwendung, denke ich."
Gern hätten die Jülicher ihre Messungen in Europa gemacht. Hier gibt es zwar leistungsfähige Forschungsreaktoren, bislang aber nur zwei relativ kleine Spallationsquellen. Dabei träumen die Europäer schon länger von einer wirklich großen Neutronenkanone.
"1994 wurde das Projekt aus der Taufe gehoben, in einem kleinen Hotel irgendwo in der Eifel, wo sich die Engländer und die Deutschen getroffen haben, und wo wir gesagt haben: Europa braucht so etwas, und wir fangen damit an!"
Dieter Richter, Forschungszentrum Jülich. ESS, so heißt das Projekt, European Spallation Source. 2002 waren die Pläne fertig. Kostenschätzung: 1,4 Milliarden Euro. Standort: Forschungszentrum Jülich. Leistung: fünf Megawatt, also viermal so viel wie bei der SNS und auch wie bei einer Spallationsquelle, die die Japaner gerade bauen. Dann aber lehnte die Bundesregierung das Projekt ab. Warum? Richter verzieht das Gesicht.
"Das war der Wissenschaftsrat, der in seiner Weisheit entschieden hat, dass man die ESS nicht braucht. Die Idee war wohl gewesen, dass man praktisch alles mit Röntgenstrahlen machen kann und deswegen die Neutronen nicht brauchen würde. Aber offenbar wird das in anderen Gegenden der Welt anders gesehen. Die Amerikaner haben eine sehr gute technische Arbeit hingelegt. In Japan hat man eine solche Quelle gebaut. Beide sind jetzt dem weit überlegen, was man in Europa hat. Und ich hoffe, dass es in Europa jetzt mal zu einer positiven Entscheidung kommt."
Nun kommt wieder Schwung in die Sache. Seit Ende Mai gibt es einen neuen Bewerber für die ESS – Lund in Südschweden. Nur: Ob die ESS auch gebaut wird, ist noch offen. Zwar will Skandinavien 50% der Kosten tragen, etwa 700 Mio. Euro. Doch wo die anderen 700 Millionen herkommen und welche Länder sich beteiligen, ist noch unklar und soll in den kommenden zwei Jahren verhandelt werden. Fertig wäre die europäische Neutronenschleuder wohl nicht vor 2020. Dieter Richter:
"Ich habe den Eindruck, dass diesmal die Chancen gut sind. Zum Beispiel ist die Position der deutschen Bundesregierung wohl die, dass man auf jeden Fall da teilnehmen will und auch seinen finanziellen Beitrag leisten will."
Und was sagen jene Neutronenforscher, die bislang mit Reaktoren arbeiten? Auch sie sehen die Vorteile, die eine Spallationsquelle mit sich bringt.
"Kurz gesagt: Die Intensität ist in den Neutronenpulsen höher als bei dem Reaktor in Grenoble."
Richard Wagner, Direktor am Institut Laue-Langevin in Grenoble. Hier steht der leistungsfähigste Forschungsreaktor der Welt, mittlerweile 40 Jahre alt.
"Wenn Sie Experimente durchführen wollen, die über eine lange Zeit gehen müssen, wo Sie einen konstanten Fluss haben, ist nach wie vor der Grenoble-Reaktor überlegen für einige Experimente. Insofern würde ich sagen: Die beiden Quellen ergänzen sich gegenseitig. Nichtsdestotrotz glaube ich: Die Zeit der Forschungsreaktoren, dass neue gebaut werden, dass diese Zeit abgelaufen ist. Man wird aufgrund der höheren Effizienz wahrscheinlich in Zukunft nur noch Spallationsquellen bauen."
Also: Die Tage der Forschungsreaktoren scheinen gezählt. Auf lange Sicht sind ihnen die Spallationsquellen überlegen. Das hat die SNS, die Teilchenkanone von Tennessee, eindrucksvoll bewiesen. Der Betrieb läuft wie geplant, die Technik funktioniert. Und die nächste Ausbaustufe gilt bereits als beschlossen: In ein paar Jahren soll die SNS eine zweite Zielscheibe erhalten und damit ihre Leistung verdoppeln.
"Testing: 1, 2, 3, 4, 5."
Zum Schluss gewährt Frank Kornegay einen kurzen Blick ins Zentrum der SNS. Mauern wie im Luftschutzbunker, Fenster aus Bleiglas, Türen wie bei einem Banktresor.
"Wir sind nun im letzten Zugangsbereich vor der Zielscheibe. Sie ist nur noch zehn Meter von uns entfernt, direkt hinter der dicken Betonmauer da. Der Protonenstrahl läuft direkt unter unseren Füßen. Da vorne trifft er auf die Zielscheibe und erzeugt die Neutronen."
Durch den ständigen Protonenhagel ist die Zielscheibe hoch radioaktiv – deshalb die dicken Mauern und Türen. Anders als bei einem Reaktor entsteht hier zwar kein langlebiger Atommüll, sagt Kornegay. Aber dennoch: Anfassen darf man die Zielscheibe nicht.
"In diesem radioaktiven Bereich machen wir alles per Fernsteuerung: Glühbirnen auswechseln, Kameras austauschen, Schrauben und Dichtungen – einfach alles. Das funktioniert mit einer Art Hightech-Joystick. Leute, die so ein Ding perfekt beherrschen, können damit ein Streichholz aus der Schachtel nehmen und anzünden."
Unter dem Hagel der Protonen wird die Zielscheibe allmählich mürbe. Dann werden sie die Spezialisten mit den geschickten Händen auswechseln müssen, und zwar drei bis vier Mal pro Jahr.
"Die alte Zielscheibe wird weggerollt. Danach kann sie der Operator mit seinem Joystick abstöpseln, losschrauben und mit einem Kran beiseite stellen. Anschließend rollt er die neue Zielscheibe hinein, muss sie befestigen und anschließen. Und dann kann’s weitergehen mit der Wissenschaft."