Jyväskylä: Centrum för den moderna europeiska kärnforskningen

av Magnus Rögård Forum 1995-02, sida 28-30, 16.02.1995

Taggar: Orter: Jyväskylä Teman: kärnforskning

Jyväskylä universitet: acceleratorlaboratoriet

JYVÄSKYLÄ » K130-cyklotronen » ECR-jonkälla . Kontrollru » Station för tillämpad fysik (PET . On-line isotopseparator (IGISOL) » Magnetisk rekylavskiljare (RITU) » Reaktionsspektrometer (HENDES) . Gammaspektrometer (Bohr-inst.) . Spridningskammare (Kurchatov) 10. Elektronspektromete 11. Mätelektroni 12. Datore 13. Radiokemiska laboratorie 14. Arbetsru « Laboratoriets kyltorn

DO NONMBON mm

Acceleratorlaboratoriet. Partiklarna framställs i utrymmena (1) och (2).

I experimenthallen (4-10) analyseras partiklarna. I kontrollrummet (3) övervakas processerna.

Centrum för den moderna europeiska kärnforskningen

Magnus Rögård

Sedan Jyväskylä cyklotronlaboratorium och dess partikelaccelerator invigdes i oktober 1992 har över 10 000 kärnfysiker och minst lika många acceleratorintresserade vallfärdat till Jyväskyl universitet. Cy otronlabbet [som kostat 100 Mmk) och accelera torn (30 Mmk]) är Finlands största vetenskapliga satsning inom ett specialforskningsområde, och har hunnit uppmärksamma av kärnforskare världen runt.

tländska forskare investerade se naste är över 15 Mmk ilaboratorie för att få utnyttja faciliteterna. Av över 100 forskare som arbetat vid labbet är bara ca 40 finländare.

Man arbetar i tre skift, cyklotronen är i bruk 24 timmar i dygnet och har senast varit nedkörd under semesterperioden i juli. Under det sista veckoslutet i november stoppades acceleratorn bara för några timmar då tretton forskare från Daresbury i England “byttes ut” mot femton nya forskare, också de från England.

Fysikerna från Daresbury tog med si 2 egen laserapparatur till Jyväskylä då d för ett år sedan inledde sitt arbete med

IGISOL-isotopavskiljaren, och installerad sin dyrbara spektroskoputrustning för in riktning av spårämneslasrarnas strålar på e exotiska isotopflödena.

Som resultat av experimenten fås en ännu noggrannare bild av själva atomkärnans uppbyggnad. Partiklarna plockas ur flödet med hjälp av en isotopavskiljare, som utvecklats av Jyväskyläforskarna, och som styr jonerna så att de vid kärnreaktioner uppkomna partiklarna separeras på basen av sin massa. Själva separatione tor en millisekund och utförs med elektromagneter genom vilka de laddad artiklarna rör sig med en hastighet av 500 km/s.

Gammadetektor från Niels Bohr-institutet

RITU-stationen är en rekylseparator — också den byggd på universitet — och behövs för att separera kärnreaktionsprodukter ur partikelflöden och från andra störande kärnor. Som separator använder man elektromagneter fyllda med gles heliumgas. Själva kärnorna flyger genom den 5 meter långa och 17 ton tunga separatorn på en mikrosekund. Vid RITU-stationen jobbar några tyskar tillsammans med finländare. Svenskarna och danskarna förbereder ett alldeles nytt experiment vid IGISOL och RITU-stationerna det sk. NORDBALL-detektorsystemet, ett samnordiskt projekt. Nästa år flyttas från Roskilde i Danmark Niels Bohr-institutets NORD BALL-gammadetektor, värd tiotals miljoner mark, till Jyväskylä och installeras på gammoaspektroskopstationen (8). Detektorn används vid studier av mycket snabbt roterande kärnor.

Forskare från Radiuminstitutet i S:t Petersburg, specialister på neulronmätningsapparatur, har sedan ett år arbetat vid strälhallens station HENDES som är av titan (7). Från Kurchatov-institutet i Moskva hämtade forskarna sin vakuumkammare med en diameter på 1,5 m ME Kammaren används också kommersiellt vid testning av rymdforskningsutrustning. | det forna Sovjetunionen tanns världseliten inom kärntorskningen, så Jyväskylä kan gratulera sig till att några av topparna med sin utrustning har flyttat från S:t Petersburg och Moskva till Jyväskylä.

Station 10 är ett engelskt supraledande elektronspektroskop som finska forskare arbetar med tillsammans med fysiker från Liverpool. Elektronspektroskop är Jyväskyläs gebit, många av experimentstationernas spektroskop är byggda av Jyväskyläforskare.

Det är inte endast forskare som jobbar vid cyklotronen. Ett tjugotal ingenjörs- och teknikerexamensorbeten har utförts av elever från Jyväskylä och Varkaus vid uppbyggnaden av experimentutrustningen. Tammerfors tekniska högskolas [TTKK:s) blivande elektronikdiplomingenjörer har också haft möjlighet att utföra sina diplomarbeten vid cyklotronen. Dessutom erbjuder fysikanläggningen många intressanta praktikantplafser för utländska teknikstuderande — som bäst jobbar en etiopier och en irakier tillsammans med europeiska praktikanter vid anläggningen.

Kommersiella hi-tech-produkter

Nu då acceleratorn går med full effekt — ca 6 000 timmar i året — har man reserverat ca I 000 timmar för kommersiellt bruk. En av storförbrukarna är MAP, Medical Technologies Oy, som 1992 flyttade från Esbo till Tikkakoski. Företaget använder sig av isotoper med kort livslängd (ett par dygn), så närheten till cyklotronen och ett

IGISOL är ett av de åtta experimentutrymmena som är uppbyggda av betongstrålskyddselement i experimenthallen.

ECR-jonkällan är byggd i Jyväsl efter förebild från universitetet chigan. Jonkällan kyls med dejo serat vatten 20…35 ”C, Docent Esko Liukkonen inspekterar strålfundamentet för den nya jonkällan avsedd för protoner.

Magneten till K130-cyklotronen har f levererats av SCAND!

RONIX i Uppsala.

flygfält är ett måste. Jodisotopen 123 används vidare förädlad såsom spårämnesdetektor vid sköldkörtelundersökning. Isotopens halveringstid är ca 2 timmar, så man har bråttom. Varje måndag används cyklotronen sex timmar för MAP:s isotopproduktion. Isotoperna fångas in i en kapselvid station 4 [se färgritningen), placeras i blykärl, förs till Tikkakoski och flygs ut i världen för att användas inom 2 dygn. Som en kuriositet kan nämnas att jod Klos sificeras som läkemedel; vid framställning av jodisotopen 123 måste 4 000 h acceleratortid reserveras för grundforskning.

Vid fotografering av hjärnsubstans används som utgångsämne strontiumisotopen 82 med halveringstiden 25 dygn för framställning av rubidiumisotopen 82 som halveras inom en (1) minut. Rubidium används som “blixt” i PET (positronemissionstomografil-kameror. Det finns bara några PET-kameror i Norden, så hela produktionen går på export.

Den europeiska rymdforskningsorganisationen ESA är beredd att göra Jyväskylä till testlaboratorium för kosmisk strålning för elektrotekniska komponenter som används inom rymdforskningen. Jyväskylä hade problem i början med sin elektroniska mätanläggning i cyklotronutrymmena, men har funnit praktiska lösningar för ändamålet, så det är inte underligt att ESA är intresserat av Jyväskyläs kunnande. Många satelliter har förlorats på grund av den kosmiska strålningens partiklar.

Vad är en accelerator?

Med en partikelaccelerator ges små elektriskt laddade partiklar såsom elektroner, protoner eller neutroner en hög hastighet.

id hög hastighet kan dessa partiklar tränga in i andra partiklar och atomkärnor. På detta sätt har man möjlighet att studera hur kärnorna är uppbyggda. vän 2 fortsättning från föregående sida

En viktig hjälpapparatur för acceleratorn är ECR-jonkällan, vars förebild finns vid universitetet i Michigan, USA. Förrän partiklarna slungas in i själva cyklotronen med en utgångshastighet på 2400 km/s, färdigställs de i ECR-jonkällan. Atomer utan elektrisk laddning uppvärms med 6,4 gigahertz (GHz) resonansmikrovåglängd, tills de får en positiv laddning. “Överblivna” (otillräckligt laddade) elektroner styrs bort ur flödet. Först nu styrs jonerna in i själva partikelacceleratorn, där dessa styrs med hjälp av elektriska och magnetiska fält.

Själva magneten i cyklotronen väger 308 ton och polernas diameter är 2,4 meter. Jonerna accelereras mellan magnet polerna i en vakuumkammare med hjälp av en radiosändare, och styrs slutligen till forskarna för vidare analys.

Cyklotronens funktioner och datainsamlingen handhas av liknande ADB-utrust ning som används i processindustrin. Ambitiöst projekt Laboratoriet har byggts i anslutning till Jyväskylä universitets kemiska fakultet, också den en storsatsning på 130 Mmk som togs i bruk 1991.

Själva laboratoriet har planerats av docent Esko fivkkonen, kärnfysiker vid universitetet. Laboratoriet består av tre huvuddelar: 1) Själva partikelacceleratorn levererad av SCANDITRONIX i Uppsala, och den för experimenten viktiga ECR-jonkällan, som forskarna i Jyväskylä själva byggt. Som bäst pågår installationen av en parallell jonkälla för protoner bredvid de mla ECRjonkällan som togs i bru 991. 2) Själva strålhallen där nu de första åta experimentutrymmena är inbyggda med hjälp av 1 m-1,5 m tjocka flyttbara betongstrålskyddsväggar. 3) Söp och kontrollutrymmen med bl.a. ADB för styrning av cyklotronen och insamling av vetenskapliga data.

Byggarbetena på de egentliga tysikanläggningarna — med en budget på 40 Mmk — inleddes senaste höst i terrängen framför strålhallen. De 4 000 m? stora utrymmena inkluderar bl.a. matsal för 35 ersoner; 600 m2 avdelas för forskning. e övriga utrymmena är avsedda för undervisning. Starten med bygget försenades på grund av depressionen, och när man senaste vår äntligen hoppades kunna köra igång, framkom att ett bygge a 3 denna storlek priligt EU-direktiven måste gå på offertfrunda till Bryssel. Förseningen medför en tilläggsräkning på ca 3—4 Mmk beroende på mervärdesskatten — och en försenad start med undervisningen ( =hyreskostnader).

De nya och nuvarande byggnaderna är ritade av en av Finlands mest kända arkitekter Arto Sipinen. Sipinen vann den samnordiska arkitekttävlingen år 1970 med ett tävlingsförslag som gick ut på att universitetet breder ut sig från Seminariebacken i Jyväskylä över Mattilaudden via en snedfälld tvåpylonisk hängbro till Ylistöbrin en.

Avancerad VVS-utrustning

Forskningsapparaturen i experimentfaciiteterna kyls med ett dejoniserat (3,0-5,0 PRrOS/Sm kylvaltennät. Vätsketemperaturen är 20…35 ”C för att undvika kondensation på utrustningens kärnapparatur. Dessutom är en del av utrymmena försedda med separata klimataggregat för att eda bort värmen som apparaturen avger till luften. Detta vattenkylnöt har en normal temperatur på 7… 200. Detdejoniserade kylvattennätet har en total effekt på 1300 kW varav cyklotronen slukar ungetär hälf en. På primärsidan har ran två luft kondensatkylda vattenkylmaskiner. Till primärnätet har anslutits ett slutet kyltorn. Primärnätets vätska är 40 26 industri alkoholvatenblandning. Kompressorernas vätskeblandning förkyls i en kylmedelskylare, som fungerar som förångare under den varma årstiden. Den primära tilluften för byggnaden kyls som experimentutrymmenos klimataggregat med ett kylvattennät på 7…12 SC. Kompressorernas effekt är 400 kW. Ventilationsomsättningen i acceleratorutrymmena är ca 10 ggr/h och i själva strålhallen ca 3 ggr/h. Genomgången med ventilationskanaler av strålskyddsväggar är utförda som “labyrinter”. De aktiva ulrymmenas utsugfingsoggregat är försedda med absolutfilter i skyddsfickor. De övriga VVS-tekniska systemen är gemensamma med kemiska fakulteten. m exempel kan nämnas att de tunga tjocka betongstrålskyddsdörrarna är tryckluftstyrda. Följande gaser levereras centralt via separata rörnät: gasol, kväve, väte, helium och argonmetan. Dessutom finns separata gasnät för syre och argon. Anläggningarna har en egen VVSövervakningscentral, till vilken har anslutits

En trevlig miljö har kärnforskarna vid yväskyla universitet. Anläggningen till höger är den nya kemiska fakultetet. Til vänster skymtar acceleratorlaboratoriets experimenthall, Fra som bäst de a fy nio undercentraler. Övervakningspunkterna är totalt 550. En del av bevakningsuppgifterna är gemensamma för VVScentralen och cyklotronbevakningscentralen.

Transmutationsanläggning i Jyväskylä 2005?

Hösten 1992 samlades 150 kärnfysikerfrån 16 länder till ett seminarium i Jyväskylä vid vilket man på allvar tog upp möjligheten att oskadliggöra använt kärnavfll med hjälp av transmutation.

Det gladde skribenten att fysikprofessor Dan Olof Riska från Helsingfors universitet och docent Björn Cronhjort, KTH, tror på acceleratorbaserad teknik (Forum nr14/ 94) vid hanterandet och oskadliggörandet av kärnavfall (såsom också VVS/Finland nr 5/91 och Forum nr 2/91 redan för fyra år sedan vågade sig på att i skrift uttala sig om). Troligtvis ligger lösningen till oskadliggörande av kärnavfall närmare än vi tror — därav rubriken — men kanske man före det bygger den 40 km långa linearacceleratorn i trakten av Jyväskylä. Med största sannolikhet kommer den europeiska kärnforskningens centrum år 2010 att finnas mitt inne i Finland d.v.s. vid Jyväskylä universitet. &

Använt kärnkraftbränsle från Lovisa har sedan år 1981 transporterats till Tsjeljabinsk i Ryssland. Den norska eli rörelsen Bellona lyckades förmå Finland att sluta med transporten till ett av värlens mest radioaktivt polluterade område. Om vi får tro kärnforskarna sker kanske transporten av bränslet efter år 2005 til et transmutationsverk för att oskadliggöras.