ESS nöjer sig med den bantade acceleratorn

Det är en med skånska mått mätt svinkall dag i slutet av februari. Något som John Womersley inte kan undgå att påpeka för journalisterna som samlats för en rundtur på det som ska bli världens kraftigaste neutronkälla. Womersley är generaldirektör för konsortiet bakom European Spallation Source (ESS).

Men ambitionerna med anläggningen har faktiskt redan sänkts på ett område. Ny Teknik berättade i oktober att en bantning av acceleratorns effekt planerades. Så blir det också, åtminstone till en början, berättar John Womersley.

Anläggningen designas så att protonacceleratorn kan ges en toppeffekt på 5 megawatt. Men till en början kommer den endast att köras på 2 megawatt och ha en installerad toppeffekt på 3.

Protonerna genereras i en så kallad jonkälla, där vätgas utsätts för elektromagnetisk strålning så att elektronerna ”kokar” bort. Kvar blir protoner som accelereras genom den drygt 600 meter långa acceleratorn till nära ljusets hastighet. Protonerna krockar sedan med målhjulet, en 2,5 meter stor roterande skiva bestående av volframblock. Bombarderingen av protoner spjälkar loss neutroner från volframskivan. Det är detta som kallas spallation.

Neutronernas hastighet är en tiondel av ljusets. Med hjälp av en moderator fångas neutronerna in och riktas ut mot 15 olika instrumentstationer, där forskare ska göra sina experiment. Då har neutronernas hastighet sänkts till omkring ljudets.

Trots den sänkta effekten på protonacceleratorn menar ESS att de kan generera en lika ljusstark neutronstråle, vilket är vad som är avgörande i slutänden. Detta genom en förändrad utformning av moderatorn. Den utformas plattare än den ursprungliga hinkliknande varianten. Moderatorn består av tre behållare som innehåller väte och vatten.

Ainalem: Fortfarande snabb utveckling

Konstruktionen har medfört att neutronstrålens intensitet har kunnat behållas på 10¹⁵ neutroner per kvadratcentimeter och sekund. Det är 30 gånger fler än i dag existerande anläggningar.

Det låter som ett vetenskapligt genombrott att lyckas generera en lika stark neutronstråle trots att effekten sänkts till mindre än hälften?

– Ja, och det beror på att spallation är en relativt ny teknik som dök upp först på 1990-talet. Det sker fortfarande en snabb utveckling, säger Marie-Louise Ainalem, chef för det som kallas in-kind, det vill säga bidrag i form av teknisk utrustning i stället för pengar från medlemsländerna.

Neutronerna leds efter uppsamling ut till forskningsstationerna där de används för att belysa de olika material som forskarna vill studera. Neutroner fungerar på liknande vis som röntgen–strålning. De gör det möjligt att studera vad som sker inuti olika material och hur de är uppbyggda. Fördelen med neutroner jämfört med röntgen är bland annat att de penetrerar metaller mycket bättre.

Anläggningen ska börja ta emot forskare år 2023. Acceleratortunneln är färdigbyggd och installationer har påbörjats. Just nu pågår även arbetet med att bygga inneslutningen av målet, en 6 000 ton tung konstruktion av stål och betong som ska förhin- dra att joniserande strålning läcker ut.

I år är året då bygget når klimax. På platsen arbetar just nu över 350 personer. Kryoanläggningen, som kyler ner delar av acceleratorn till –271 grader Celcius med hjälp av flytande helium, driftsätts de närmaste veckorna. Jonkällan där protonerna genereras ska på plats och driftsätts så snart Strålsäkerhetsmyndigheten har gett sitt tillstånd.