Allt du behöver veta om ESS och spallation

Vad är det för bra med spallation?

För att förstå hur metaller, kemikalier eller levande celler är uppbyggda eller hur läkemedel fungerar måste man studera dem på atomnivå. Vanligt ljus och mikroskop räcker inte till för detta. I stället använder man sig av neutroner som strålas på det som ska undersökas.

Traditionellt har kärnreaktorer använts för att få fram neutronerna, men nu finns det en modernare metod – spallation.

När en tungmetall bombarderas med protoner blir metallens atomkärnor instabila och avger neutroner – det är detta som är själva spallationen. Och det är det som kommer att ske i ESS-anläggningen.

Ju fler neutroner som skapas och skickas mot det material som ska undersökas, desto bättre forskningsresultat.

ESS kommer att producera flera gånger fler neutroner än de spallationsanläggningar som existerar idag.

Varför forskningmed neutroner?

Med neutroner kan man även titta på ömtåliga prover, som levande celler, som skulle förstöras om de undersöktes med exempelvis röntgen.

Neutroner är det enda som kan användas om man vill studera enskilda väteatomer och hur de sitter i en molekyl. Något som är avgörande i biologisk forskning, eftersom väte finns i alla biologiska molekyler och väteatomernas placering är avgörande för hur molekylen fungerar.

Vad kan man få reda på?

Medicinska implantat, målarfärger, batterier och material till mobiltelefoner tillhör det som förbättrats och förfinats med hjälp av neutronforskning.

Forskare har undersökt hur proteinerna i kroppen reagerar på plastöverdragen på medicinska implantat, och hur de utvecklat ett nytt material som främjar tillväxten av ny benvävnad.

Cream cheese (mjukost) har undersökts på molekylnivå för att ta fram en metod som motverkar att osten efter några dagar blir tjockare, med ett tunt lager vatten på toppen.

Forskningen motiverades med att ”ingen vill ha sådan ost på sin rostmacka”.

Vad betyder spallation?

Ordet spallation är egentligen en gruvterm och betyder att man slår av en flisa från ett stenblock. I ESS är ”stenblocket” tungmetallen och ”flisan” de neutroner som frigörs från tungmetallen när den träffas av protonerna.

Det intressanta är egentligen inte själva spallationen, utan det man kan göra med neutronerna när man väl fått loss dem, det vill säga titta på hur material är uppbyggda ända ner på atomnivå.

Cern finns redan – varför ESS?

Det rör sig om helt olika anläggningar för vitt skilda typer av forskning. I partikelfysik-laboratoriet Cern studeras naturkrafterna mellan subatomära partiklar (mindre än atomer).

ESS är en materialforskningsanläggning. Här ska forskarna lära sig om hur material är uppbyggda på minsta atomnivå, för att kunna utveckla och förfina exempelvis plaster, målarfärger, mediciner och mobiltelefoner.

Varför Max IV också?

Även Max IV kan liknas vid ett gigantiskt mikroskop, men man tittar på olika saker i materialen i de båda anläggningarna.

Med ESS och Max IV får forskarna olika typer av information om atomerna och molekylerna i det material de studerar. Därför byggs ofta dessa två typer av anläggningar sida vid sida.

Är ESS ett kärnkraftverk?

Nej. I ett kärnkraftverk klyver man atomkärnor (fission) och sätter igång en självuppehållande kedjereaktion. En spallationsprocess däremot avstannar i samma ögonblick som man trycker på stoppknappen.

Vad blir radioaktivt?

När atomkärnor sönderfaller bildas radioaktivitet. Metallen som används i anläggningen måste därför slutförvaras. Det mesta av radioaktiviteten är ganska kortlivad, den sjunker till runt en hundradel av den ursprungliga på drygt 20 år.

Målstationen där själva spallationen sker kommer att vara omgiven av ett metertjockt lager av betong och stål, och människorna som jobbar i ESS ska inte behöva några skyddskläder. Enligt ESS-sekretariatets beräkningar ska strålningen de utsätts för motsvara ungefär en hundradel av den strålning som finns naturligt runt omkring oss.

Måste kvicksilver användas?

Nej. Men man måste använda en tungmetall, eftersom den innehåller många neutroner. Tungmetallen kan antingen vara flytande (kvicksilver, flytande bly eller en blandning av flytande bly och vismut) eller fast (en kombination av tantal och volfram).

ESS-konstruktörerna har ännu inte bestämt vilken metall som ska användas.

Fördelen med att ha en flytande metall är att den aldrig behöver bytas ut.

De fasta metallerna kan behöva bytas ut och eftersom ­metallen blir radioaktiv är varje byte före-nat med vissa risker.

Om en flytande metall används behövs en till två kubikmeter. Om en fast metall väljs krävs bara en femtedel så mycket.