JAIME steht für „Jülich Accelerator for In-situ Material Experiments“ und ist ein Projekt mehrerer Jülicher Institute, einen Teilchenbeschleuniger für die Materialforschung  mit geladenen Teilchen (H, D, He, Li und N) und Neutronen aufzubauen und zu betreiben. Dazu haben sich mehrere Jülicher Institute, die sowieso schon einen starken Schwerpunkt und entsprechende Kompetenzen in der Materialforschung haben, zusammen geschlossen. Ganz konkret sind das IKE-1, IEK-2, IEK-4, PGI-4, PGI-9 und das JCNS, das Jülich Centre for Neutron Science, dem ich angehöre.

Dadurch, dass so viele Institute zusammen arbeiten, entstehen viele Synergien und es können Ressourcen genutzt werden, die sonst viel Geld kosten würden. Zum Beispiel betreiben mehrere der Institute bereits jetzt einen kleineren Tandem-Beschleuniger, so dass die Fähigkeiten und Ausbildungen (z.B. im Strahlenschutz) bereits vorhanden sind. Dazu steuert das IEK-4 die alte, aktuell leerstehende, Textor-Halle (des alten Tokamak-Fusionsreaktorprototypen) bei, die nicht nur über entsprechend viel Platz, sondern auch über eine gute Stromversorgung verfügt und (am wichtigsten) noch ein radioaktiver Kontrollbereich ist, so dass mit minimalstem Aufwand direkt mit ionisierender Strahlung gearbeitet werden kann.

Einen Teilchenbeschleuniger haben wir uns auch bereits ausgeguckt. Es soll ein Tandembeschleuniger mit 16 MeV (P und D) werden, der mit einer geeigneten Quelle auch im gepulsten Modus betrieben werden kann und nicht, wie für einen Tandem üblich, in kontinuierlichem Modus. Aktuell kann ich noch nicht viel über die Projekte der anderen Institute sagen, da ich mich mit den Themen “Fusionsforschung”, “Plasmaphysik” und „Nano- Halbleitertechnik“ nicht wirklich gut auskenne. Aber das Ganze wird sich spätestens am 26.Oktober ändern. Da haben wir den ersten JAIME-Workshop, wo die ganzen teilnehmenden Institute zusammen kommen und ihre jeweiligen Spezialgebieten den anderen vorstellen. Ion Beam Analysis“ steht genauso auf dem Plan, wie Solid State Batteries und unsere ganzen geplanten Neutronenanwendungen. Spätestens über die letzteren kann ich jetzt schon mal an dieser Stelle berichten.

Derzeit betreibt das JCNS sehr gute Neutroneninstrumente an den besten Quellen weltweit… aber halt leider nicht in Jülich, weil es hier keine Neutronen mehr gibt. Das heißt, dass wir auch für alle Detektorentests, Weiterentwicklungen von Instrumenten, Ausbildung von Doktoranden und normalen, durchschnittlichen Messungen nach Garching bei München oder nach Grenoble in Frankreich oder OakRidge in den USA fahren müssen. Um langfristig eine große Neutronenquelle hier nach Jülich zu bekommen, haben wir das HBS-Projekt ins Leben gerufen, von dem ich hier schon oft erzählt habe. Aber das ganze hat auch einen Zwischenschritt, die NOVA ERA (Neurons Obtained Via Accelerator for Education and Research Analysis). Dies soll eine Neutronenquelle sein, die so kompakt ist, dass sie auch an einer Universität betrieben werden kann. Also etwas, dass wir innerhalb des JAIME-Projektes realisieren können.

Hier ist schon mal eine grobe Skizze des Aufbaus zu sehen. Auf der linken Seite werden die Strahlen der geladenen Teilchen auf die einzelnen Experimente aufgeteilt, die sich eben mit Ionen beschäftigen und auf der rechten Seite steht das Target, in dem die Neutronen für die Neutronenstreuexperimente produziert werden. Da man Neutronen nicht wirklich ablenken kann, müssen dann auf der rechten Seite alle Neutroneninstrumente mehr oder weniger in direkter Sichtlinie zu dem neutronenproduzierenden Target positioniert werden. Dabei wollen wir die neue Möglichkeit dieser Art von Neutronenquellen ausnutzen und die Beamlines in allen drei Dimensionen (also auch nach oben und unten) um das Target herum positionieren und nicht, wie aktuell üblich, nur in der Horizontalen.

Aktuell planen wir mit 5-6 Instrumenten, die zum Standardrepertoire einer Neutronenquelle gehören. Beim Imaging werden Bilder mithilfe eines Durchleuchtungsverfahrens aufgenommen – so wie mit Röntgen am Flughafen, nur mit dem Unterschied, dass Neutronen durch Blei hindurchgehen wie ein heißes Messer durch Butter und man vor allem Energiematerialien der Zukunft, wie Lithium oder Wasserstoff hervorragend sehen kann. Mit der prompten Gamma-Analyse können Materialien auf ihre chemische Zusammensetzung hin untersucht werden und mit der Pulver-Diffraktometrie erhalten wir Informationen über die Kristallstruktur unserer Probe. Mit dem Reflektometer und dem Small Angle Scattering schließlich erhalten wir wichtige Informationen über Nanomaterialien, dünne Schichten und biologische Systeme komplementär zu denselben Techniken mit Röntgenstrahlen, die wir zur Zeit schon hier in unserem Institut durchführen.

Also ich hoffe, nach dem Workshop noch wesentlich mehr berichten zu können und wenn bis dahin irgendwelche Fragen bestehen, freue ich mich natürlich immer über Kommentare und Anregungen unter dem Artikel.


 

PS: Folien aus dem Beitrag von Johannes Baggemann zu unserem Unkel Workshop letzte Woche, von dem ich auch schon berichtet hatte.

PPS: Mehr Informationen gibt es dazu im aktuellen Newsletter des FZ, der heute erschienen ist.

Ab dem dritten Mal wird es eine gut etablierte Tradition, sagt man. In dem Sinne angewendet treffen sich traditionell alle europäischen Partner, die CANS (Kompakte Beschleuniger-getriebene Neutronenquellen) entwickeln und bauen wollen, mit ausgewählten internationalen Partnern in dem kleinen beschaulichen Dörfchen Unkel am Rhein bei Bonn, um sich gegenseitig auf den neuesten Stand zu bringen und die nächsten koordinierten Schritte zu planen. Wie die letzten beiden Male war ich diesmal auch wieder mittendrin und werde die Gelegenheit nutzen, davon zu berichten.

Also, was gibt es Neues? “Die Ungarn” haben ein Wirtschaftsförderprogramm zugesprochen bekommen und werden für ca. 4M€ eine CANS in Budapest bauen. Das Grundstück ist gekauft, das Gebäude vom Architekten geplant und die Ausschreibung für den Teilchenbeschleuniger läuft. Laut Plan soll die Quelle bis Ende 2020 stehen und dann primär für Tests von kommerziellen Neutronenleitern genutzt werden. Das ganze ist nämlich ein Wirtschafts- und keine Wissenschaftsprojekt. Derzeit werden Neutronenleiter an den großen Reaktorquellen getestet, was ca. 10-15k€ pro Tag kostet. Wenn man nun das ganze an eine eigene Quelle auslagern würde, dann spart man ca. 100k€ pro Monat, so dass sich die Quelle in weniger als 10 Jahren rentiert hat… aus Wirtschaftssicht eine gute Investition.

A propos gute Investition: “Die Franzosen” haben aus mehreren verschiedenen Projekten ein wissenschaftliches Budget eingeworben, was nun die Startfinanzierung des SONATE-Projektes darstellt. SONATE soll ihren Dienst als Prototyp mit reduzierter Leistung bis 2020 aufnehmen, um dann einigen ausgewählten Anwendungen einen direkten Übergang nach dem Abschalten des Pariser Forschungsreaktors Orphé zu gewährleisten. Je nachdem, ob in diesem Zeitraum dann die entsprechenden Gelder für den weiteren Ausbau aufgetrieben werden können, würde dann der Teilchenbeschleuniger IPHI ausgebaut werden und in eine neues Gebäude umziehen (müssen), in dem dann genug Platz ist, um mehrere Targetstationen und Instrumente aufzubauen.

Gruppenphoto des 3. CANS Workshop

Gruppenphoto des 3. CANS Workshop

“Die Deutschen” waren auch nicht untätig, haben wahrscheinlich die Partikelfrage geklärt und schon mal einen kalten Moderator gebaut und in Betrieb genommen. Was finanzielle Unterstützung angeht, haben wir leider noch nichts Nennenswertes vorzuweisen, außer hier und da ein paar neue Stellen und Mitarbeiter. Aber es gibt das JAIME-Projekt mit dem auch Deutschland eine nennenswerte Chance hätte, noch in 2020 eine eigene CANS zu bekommen. Doch davon werde ich auch auf jeden Fall noch mal in einem eigenen Artikel berichten.

Die Spanier, Schweizer und Dänen hatten auch kleine Fortschritte zu berichten und die Japaner, die wir ja gerade erst besucht hatten, haben ebenfalls eine neue kalte Quelle in Betrieb genommen. Es geht also voran.

Was nicht geklappt hat, war unser gemeinsames EU-Projekt CANS4EU, welches nicht unter den Top10-EU-Kooperationsprojekten gelandet ist und damit erst mal nicht mit EU-Geldern gefördert wird. Das ist schade, aber eine Chance gibt es noch. Wegen des großes Zuspruches zu dem Projekt (mehr als 40 Bewerbungen) wird derzeit überlegt, den Finanzrahmen auszubauen (zu verdoppeln) und dann noch die nächsten 10 Projekte auf der Liste ebenfalls zu fördern. Da wären wir auch mit dabei und das entsprechende Budget wäre sicher hochwillkommen. Währenddessen haben wir beschlossen auf welche weiteren Projekte wir uns gemeinsam (mit 7+ europäischen Teilnehmern) bewerben wollen, so dass es bald wieder heißt: Anträge schreiben (Urgs).

Tja, also erst mal nichts wirklich Weltbewegendes und keine richtig großen Ankündigungen, aber weitere wichtige Schritte in die Zukunft der Neutronennutzung in Europa. In den letzten beiden Jahren haben wir den Wagen ins Rollen bekommen und dieses Jahr freudig feststellen können, dass er ordentlich Geschwindigkeit und Schwung aufnimmt. Ich freue mich sehr, an vorderster Front mit dabei sein zu können, auf dem Kutschbock sozusagen, und werde mein Möglichstes tun, um auch weiter live von der Fahrt zu berichten.

Vor zwei Jahren hatte ich ja ein ziemlich düsteres Bild der europäischen Neutronenlandschaft gezeichnet und es mit der bröckelnden Neutronenpyramide bebildert, aus deren Innenraum ein finsterer böser alter Gott hervorgekrochen kommt. Nun finde ich, ist es Zeit mal ein wenig positiver in die Zukunft zu schauen und auch dafür hat der gute Jacob Müller mal wieder tief in die Trickkiste gegriffen, den Griffel gespitzt und ein Stück Kunst aufs digitale Papier gebracht. Diesmal ist es ein Wimmelbild geworden, vor dem auch der langjährige Neutronenphysiker ein paar Minuten sitzen und immer wieder neue kleine Details entdecken kann.

Diese Neutronenpyramide steht ein paar Jahre in der Zukunft, was man daran erkennen kann, dass die Europäische Spallationsquelle, die ESS, der große Leuchtturm der Neutronenforschung, die leistungsstärkste Quelle der Welt, ihren Betrieb schon aufgenommen hat. Also muss es irgendwo im Jahre 2025-2030 spielen. Wie vorher angekündigt, wurden die Forschungsreaktoren in Berlin und Paris (LLB Saclay) abgeschaltet und stehen nicht länger zur Verfügung, damit internationale Forscher mit ihrer Hilfe forschen könnten. Aber anders als zuvor befürchtet wurde die entstehende Lücke mit Säulen und Stützstreben gefüllt, die die Namen der neuen hochbrillianten CANS Neutronenquellen tragen. Der Verlust der Basis, der Arbeitstiere, der Mittelflussreaktoren aus den 60er und 70er Jahren wurde von einer neuen Art Neutronenquelle auf Basis von Teilchenbeschleunigern kompensiert. Außerdem wurde zeitgleich der nächste Schritt auf der Evolutionsleiter gegangen und die ägyptische Architektur der Pharaonen hat Elemente erhalten, die schon eher an die griechische Antike erinnern und den Weg für neue Gebäudeformen eröffnen.

Die Namen stehen dabei für die aktuellen Projekte von Frankreich (SONATE), Spanien(HBS Bilbao) und Deutschland (HBS Jülich), aber das ist nur der aktuelle Stand. Eigentlich versuchen wir noch viel mehr Länder und Organisationen davon zu überzeugen, den Schritt zu den Neutronenquellen der Zukunft zu gehen und es gibt bereits mehr als eine erfolgsversprechende Idee (z.B. in Italien und Ungarn).

Aber jetzt möchte ich euch nicht weiter mit den politischen Plänen in der europäischen Neutronenlandschaft langweilen, sondern ein wenig das tolle Bild von Jacob erkunden lassen, auf dem so einige Details für den aufmerksamen Beobachter versteckt sind. Denn frei nach dem Motto aktuelle Themen der Wissenschaft anders zu kommunizieren als in staubtrockenen Papern hinter Journal-Paywalls, haben wir hier mal mindestens eine Neutronenquelle der nächsten Generation grafisch untergebracht. Ich will jetzt auch nicht zu viel verraten, aber in Ägypten gab es offensichtlich schon Teilchenbeschleuniger, Neutronentargets und kalte Quellen für die Kristallographie…

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Ich bemühe mich ja immer mal wieder, unorthodox zu kommunizieren und die Neutronenpyramide ist eine der Möglichkeiten dies zu machen. Dieses Blog ist eine weitere und danach gibt es noch Science Slams und ähnliche Veranstaltungen. Ich freue mich in einer Zeit zu leben, wo so eine Art der Wissenschaftskommunikation möglich ist und es betrübt mich in einer Zeit zu leben, wo so eine Kommunikation noch wichtiger und noch notwendiger geworden ist, als sie es normalerweise schon wäre. In einer Zeit der alternativen Fakten, wo es wichtiger ist, wie viele Leute zu der politischen Veranstaltung kommen, als eine wilde Behauptung aus dem Internet vernünftig zu hinterfragen und zu belegen.

Naja, falls ich mich vor wilden Verschwörungstheorien hätte retten wollen, dann hätten wir uns wahrscheinlich ein anderes Motiv als eine Pyramide aussuchen sollen. Zumindest haben wir kein Auge ins Zentrum gesetzt… also neben den Stein, auf dem ISIS (also die englische Spallationsquelle) steht. Ähem, also erst mal viel Spaß mit der zweiten Pyramide und sobald wir uns wieder das nächste visuelle Projekt ausdenken (und davon wird es bestimmt noch einige geben) dann werde ich euch natürlich wieder hier live (mehr oder weniger) davon berichten.

Eine Auswahl der aktuellen Doktorantinnen

Eine Auswahl der aktuellen Doktorantinnen

Na, wer will meinen Job haben? Viel Arbeit, viel Herumgereise durch die Weltgeschichte, Arbeiten mit radioaktiven Materialien und geregelte Arbeitszeiten kenne ich nur vom Hörensagen. Dafür gibt es dann die einzigartige Möglichkeit an einem brandneuen Projekt mitzuarbeiten, das es auf der Welt in dieser Form noch nicht gegeben hat und kompakte Neutronenquellen als mikroskopische Sonde in der Materialforschung einem breiten Universitätspublikum zugänglich zu machen.

Der zukünftige engste Kollege ist ein Idiot und diskutiert im Internet mit Bananen, aber der Chef ist toll und die Arbeitsgruppe und das Institut sowieso.

Oder anders gesagt: Meine Zeit als Doktorandin ist vorbei und ich suche eine Nachfolgerin für eine Promotionsstelle in der Physik, konkret der Neutronenstreuung bzw. Moderation. Noch konkreter soll ein kryogener ortho/para Wasserstoffmoderator, den irgendeine Idiotin mit zwei linken Händen zusammengestöpselt hat, in Dauerbetrieb genommen und weiterentwickelt werden. Als Anforderungsprofil für die Stelle gäbe es diesen Ansatz:

  • Die Schrauberin: Abschluss in Physik, physikalische Chemie, Materialwissenschaften oder als Physikingenieurin mit einem starken experimentellen Schwerpunkt in Kryotechnik, Festkörper- oder Kernphysik. Grundlagenkenntnisse in Quantenmechanik sind Voraussetzung. Experimentelle Erfahrung in einem der folgenden Gebiete: Raman-Spektroskopie, Neutronen- (ggf. Röntgen)streuung oder Kryotechnik ist erforderlich, sowie die Bereitschaft sich in die anderen einzuarbeiten. Grundlagenkenntnisse in CAD, ANSYS und/oder LabView wären hilfreich, können aber auch “on the job” erworben werden. „Handelsübliche“ Kenntnisse in Programmierung und elektronischer Datenverarbeitung werden vorausgesetzt. Ach ja, und das Wichtigste ist natürlich die Lust an einem komplexen Gerät, das es in dieser Form noch nicht auf der Welt gibt, so lange herumzuschrauben und zu basteln (und darauf einzuschlagen), bis es vernünftig funktioniert und eine neue Ära in der Erforschung kondensierter Materie einleitet.

Für diese, zugegebenerweise nicht ganz einfachen Anforderungen, gibt es dann die üblichen Doktorandinnenleistungen: Dreijahresvertrag, ein Gehalt von dem man nicht verhungert (75% von dem, was ein Lehrer verdient (¾ E13) ) und eine Promotion an der RWTH Aachen (Fakultät Physik, Lehrstuhl Festkörperphysik Dr. rer. nat. oder bei Bedarf auch Dr. ing. möglich). Dazu kommt der Bonus des Forschungszentrums Jülich d.h. gute Fortbildungsprogramme, Konferenzen und logistische Unterstützung, wenig Lehrverpflichtung (nur Spezialvorlesungen, bei denen man selber noch was lernt) und exzellente Forschungsinfrastruktur (Geräte, Ausstattung und Techniker, Elektriker, Ingenieure etc.).

Dienstort ist das malerische Jülich inmitten von Rübenäckern und Bergbaulöchern, aber Wohnen in Aachen, Köln oder… notfalls auch… urgs… Düsseldorf funktioniert erfahrungsgemäß auch ganz gut, obwohl ich in meinen drei Jahren wohl maximal die Hälfte der Zeit vor Ort und den Rest an irgendwelchen externen Forschungsorten verbracht habe.

Bei Fragen könnt ihr euch gerne hier oder per Mail melden. Die Bewerbung bitte über den offiziellen Weg über das Forschungszentrum Jülich.

… und übers Weitersagen an Freunde und Bekannte, die dafür in Frage kommen würden, würde ich mich natürlich freuen.

Die Offizielle Stellenausschreibung gibt es hier: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Stellenangebote/_common/dipldok/d129-2017-jcns-2.html?nn=718260

Wer erfolgreich eine tolle Kandidatin für uns einwirbt bekommt von mir wahlweise einen persönlichen Artikel über ein Thema der Wahl, ein Waffeleisen oder einen Eisbecher ausgegeben.

3K0A0129Wenn wir schon mal auf der anderen Seite der Welt sind, dann können wir ja auch noch gerade mal in Korea vorbeischauen und dort auf eine Konferenz gehen. Naja, ehrlich gesagt haben wir unsere Japanreise natürlich schon so geplant, dass sie mit der größten Neutronenstreukonferenz der Welt, die alle vier Jahre stattfindet, zusammenfällt und diesmal war es eben im Sommer 2017 in Daejeon, Korea.

Konferenz für Neutronenstreuung heißt hierbei, dass es sich hauptsächlich um die Anwendung von Neutronenstrahlen dreht. Also die Instrumente, die an einer solchen Quelle betrieben werden können und die konkrete Wissenschaft, die damit gemacht werden kann. Ich saß z.B. in einem Vortrag zu dem Multiferroikum MnWO4 (bzw. Hübnerit), wo neue Erkenntnisse zu dessen magnetischer Struktur vorgestellt wurden. Denn wie manch andere multiferroische frustrierte Spinsysteme auch, erzeugt dieses Material eine Spinspirale, die besonders gut mit polarisierten Neutronen erforscht werden kann und mit der man z.B. elektronische Speicher und Quantencomputer der Zukunft herstellen könnte – Grundlagenforschung also.

3K0A1142Aber auch wir hatten mit unserer neuen Art Neutronenquelle dort einen festen Platz und waren recht beliebt bei den ganzen Forschern, die sich fragen, wo sie denn in Zukunft ihre Neutronen herbekommen sollen. Bei den vielen Beiträgen sind die Vortrags-Slots entsprechend hart umkämpft und ich hatte diesmal leider keinen Vortrag bekommen, sondern musste mich mit einem Poster begnügen. Nur einer aus unserem Team durfte letztendlich unsere Neutronenquelle dort auf der Bühne vorstellen und wir anderen mussten auf Laufkundschaft an unseren Postern warten. Davon gab es dann allerdings recht viele und mein Poster hat dann letztendlich auch den “Best Poster Award” gewonnen. Eine Tatsache, die ich aber wohl wesentlich mehr Jakob Müller und seinen tollen Zeichnungen zu verdanken habe als meinen bescheidenen “Grafik-zusammenstöpsel”-Kenntnissen. Da das Poster sowieso schon seinen Weg in die Öffentlichkeit gefunden hat, will ich es euch natürlich auch nicht vorenthalten und habe es daher der Vollständigkeit hier noch einmal hochgeladen (ICNS2017PP).

Blick in die Neutronenleiterhalle des HANARO Forschungsreaktors

Blick in die Neutronenleiterhalle des HANARO Forschungsreaktors

Zu der Konferenz selber gehörte auch noch eine Tour durch den Forschungsreaktor HANARO in Daejeon, der eigentlich, genauso wie der FRM-2 in Garching, hauptsächlich als Neutronenquelle für Streuexperimente von Physikern, Chemikern und Biologen dient. Im Gegensatz zu Garching ist der Reaktor aber ein Jahr nach dem Reaktorunfall von Fukushima abgeschaltet und seitdem nicht wieder hochgefahren worden. Wer also Angst vor Kernreaktoren für eine typisch deutsche Errungenschaft gehalten hat so wie ich z.B., der kann an diesem Beispiel lernen, dass dies vor allem im asiatischen Raum in China, Japan und eben Korea auch ein großes politisches Thema ist. Teilweise sogar wesentlich mehr als in Deutschland, wo mMn nach dem beschlossenen Atom(energie)ausstieg eine Menge Dampf aus dem Kessel gelassen wurde.

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Anti-Spionage-Sticker der koreanischen Atomenergiebehörde

Dies war wahrscheinlich auch einer der Gründe für die wirklich erhöhten Sicherheitsrichtlinien, die wir für den Besuch über uns ergehen lassen mussten. Eine vorherige Akkreditierung mit Backgroundcheck war genauso nötig wie ein Überkleben aller Handykameras mit entsprechenden Stickern und das in dem Land, in dem gefühlt jeder Kühlschrank über ein Touchpad mit WLAN und Kamerafunktion verfügt. Die Chinesen waren da bei unserem Besuch ein halbes Jahr vorher wesentlich entspannter – hmm, so what.

Ich fürchte, mit dem Land Korea werde ich nicht so wirklich warm. Die Dichte an amerikanischen Fastfoodläden von McDonalds über Starbucks bis hin zu PizzaHut ist gefühlt größer als in Miami und Bier und Chicken (im KFC-Style) als aktuell beliebtestes Essen ist auch nichts, mit dem ich mich wirklich anfreunden kann… oder für das ich zumindest nicht um die halbe Welt reisen muss. An den wenigen Abenden, an denen wir nicht auf der Konferenz versorgt wurden, haben wir zwar schon traditionell Koreanisch gegessen (in den entsprechenden Restaurants, wo wir die einzigen Ausländern waren), aber besser (oder exotischer) als im Bulgogi Haus in Köln-Weidenpesch war das jetzt auch nicht. Das selbstgemachte Kimchi, das ich hier in meinem Kühlschrank habe, ist genauso gut wie das in Korea und der einzige Unterschied ist offensichtlich, dass ich es zuhause nicht mit der Schere schneide.

Ich habe noch in einem koreanischen Brautmodengeschäft einen Gat (traditioneller dummer Hut) gekauft, den dann aber leider im Hochgeschwindigkeitszug nach Seoul (die echt überall auf der Welt besser sind als in Deutschland) liegen lassen. Die Herausforderung mit dem Reiskocher habe ich lieber direkt sein gelassen und versuche mein Glück dann wohl lieber in Japan, wenn bzw. falls ich da noch mal hinkomme.

„Wenn später mal viele neue Neutronenquellen auf Basis des HBS-Prinzips ihren Dienst in Europa aufgenommen haben, möchte ich, dass man sich an Unkel erinnert und sagt: ‚Hier hat alles angefangen.’…“

Damit eröffnete Prof. Brückel den ScienceCase Workshop in Unkel bei Bonn am Rhein und macht damit auch direkt den dritten Schritt um diese selbstgemachte Prophezeiung wahr werden zu lassen. Die ersten beiden Schritte wurden jeweils im Herbst 2016 und 2015 getan, als wir uns zum ersten Mal in dem malerischen Hotel am Fuße des Drachenfelses getroffen haben, um einen Vorschlag für die neue Art effektiver und günstiger Neutronenquellen zu machen (wie ich hier bereits berichtet habe).

Nun sind wir nach den ersten vorsichtigen Schritten auf totalem Neuland und den ganzen damit verbundenen Arbeiten, Experimenten und Simulationen an dem Punkt angekommen, an dem wir uns an die Geldgeber und Projektträger dort draußen richten um unseren Traum von Neutronenquellen für Jedermann wahr werden zu lassen. Dazu braucht es dann natürlich auch eine möglichst klar definierte Fragestellung von den besten Wissenschaftlern, die aktuell auf diesem Gebiet unterwegs sind, also einen ScienceCase.

Um genau diesen zu definieren hat das Jülich Center for Neutron Science Repräsentanten aus den Gebieten der Chemie, Festkörperphysik, Materialwissenschaften und LifeScience nach Unkel geladen, um dort zusammen zu erarbeiten, was die hochbrillanten Neutronenquellen leisten können und wie sie in Zukunft dazu beitragen können, die aktuellen Fragen der Wissenschaft anzugehen. Energie, biologische Proben und auch so exotische Sachen, wie Kunst & Kulturgegenstände stehen bei den Wissenschaftler extrem hoch im Kurs und warten nur darauf, mit den richtigen Neutroneninstrumenten im Detail studiert zu werden.

Schließlich waren wir es, die Teilnehmer des HBS-Projektes selber, die den Enthusiasmus der Wissenschaftler bremsen mussten. Ja, natürlich wollen wir so schnell wie möglich loslegen und die nächsten Neutronenquellen in Betrieb nehmen, natürlich wollen wir Instrumente bauen, die es in der Form bislang noch nicht gegeben hat… ABER selbst im optimistischsten Fall, wenn alles klappt, wenn die Finanzierung bewilligt wird, wird es immer noch Jahre dauern, bis die erste Probe eines Users im regulären Betrieb Neutronen sehen wird.
Aber natürlich arbeiten wir daran und können es selber gar nicht erwarten, den nächsten Schritt zu gehen… und dann den nächsten (von dem ich hier natürlich berichten werde), bis wir am Ende in Jülich wieder Neutronen für die Forschung haben werden.

“Wie sieht denn nun genau der Zeitplan aus?” ist nicht nur eine Frage, die wir von den potentiellen Usern am Wochenende oft gestellt bekommen haben, sondern auch dem ein oder anderen Leser wird sie auf der Zunge liegen. Nun ja, leider ist meine Antwort darauf hochgradig spekulativ. In der deutschen Neutronenstrategie wurde die Inbetriebnahme einer großen hochbrillianten Neutronenquelle in Jülich für das Jahr 2030 geplant und auf dem Weg dorthin wollen wir nach Möglichkeit einen Prototypen bauen, der nicht nur als Musterbeispiel für kleine “Universitätsquellen” dienen kann und zur Entwicklung und Erprobung der hochbrillianten Technik gebraucht wird, sondern auch schon in der Lage ist, selber einen Beitrag zu aktuellen wissenschaftlichen Fragestellungen zu liefern.

Ich halte euch hier auf jeden Fall auf dem laufenden und werde die aktuellsten Informationen mit euch teilen, schneller als jede Pressemitteilung. Ohne jetzt die Haut des Wildschweins zu verkaufen, bevor man es erlegt hat, könnte es zumindest in Teilen schon Mitte diesen Monats soweit sein, je nachdem, wie eine gewisse politische Entscheidung ausgeht, auf die wir hier aktuell (nebenbei) warten).

Letztens (hust hust) gab es hier in Jülich den Tag der Neugier. Das ist in etwa sowas wie ein Tag der offenen Tür und weil ich keine Neutronenquellen, Teilchenbeschleuniger oder Minireaktoren zeigen kann (oder darf) habe ich einen kleinen Film darüber gemacht und ihn in unserem kleinen Neutronenkino immer abwechselnd mit den anderen Filmen des Jülich Centre for Neutron Science und Patrick Stewart laufen lassen. Da dieser nun einmal in der Welt ist möchte ich ihn euch natürlich nicht vorenthalten und habe den lieben Thomas Michalski, der beim Filmen hinter der Kamera stand und nachher hinter dem Rechner saß, gebeten das gute Ding bei YouTube hochzuladen.

An Skurrilität kommt er natürlich nicht an den CERN-Rap heran aber unterm Strich ist es auch etwas, dass ein armer, kleiner, überarbeiteter Doktorand zusammen gezimmert hat, als er ein bisschen Ablenkung brauchte und sich nicht nach draußen getraut hat um mit den anderen Kindern zu spielen. Im Allgemeinen erkläre ich mein Projekt und meinen Traum von einer neuen Art hochbrillianter Neutronenquellen, wie ich dies schon mal des öfteren hier auf SB getan habe. Aber im Film gibt es dazu auch noch ein paar Bilder und selbstgemachte “Animationen”.

Wenn ihr also wissen wollt, was ich mit Neutronen so mache und 10 Minuten Zeit habt, seid ihr natürlich herzlich eingeladen meinen Hobbyfilm anzugucken, zu teilen und alles andere damit zu machen für das YouTube ja so berüchtigt ist.

Dabei gebührt mein Dank natürlich vor allem dem guten Thomas Michalski, seines Zeichens Schriftsteller, Layouter und vieles mehr, der darüber hinaus auch noch mein Freund ist und dessen Fähigkeiten und Enthusiasmus ich es zu verdanken habe, dass wir “mal eben” sowas machen können. Wenn ihr Zeit habt könnt ihr auch mal gerne auf seiner Seite oder seinem YouTube Channel (auf dem das Video läuft) herumstöbern. Soweit ich weiß gibt es da auch noch Filme mit mir als halbnackten Barbaren in Eifelarea… was dann an Skurrilität doch wieder in die Liga des CERN-Rap vorstößt *g*

Disclaimer 1: Der ganze Inhalt ist selbstverständlich meine Privatmeinung und auch wenn mein Chef natürlich weiß, was ich so tue, repräsentiert der Inhalt nicht die Meinung meines Institutes, einer Abteilung davon… oder so.

Disclaimer 2: Da wir das ganze mehr oder weniger in einem Rutsch aufgenommen haben, es kein wirkliches Skript gab und wir quasi nichts geschnitten haben, schlichen sich einige kleinere Fehler ein.

  • Der Teilchenbeschleinunger des Cern ist zwar immer noch der größte und stärkste lineare Protonenbeschleuniger der Welt, aber “nur” knapp 700 Meter lang.
  • An der ESS wird es in der ersten Ausbauphase 22 Instrumente geben und nicht 19, wie ich in dem Film behaupte.

PS: Auch wenn aktuell kein weiterer Film geplant ist freue ich mich natürlich sehr über konstruktive Kritik und Vorschläge, was wir beim nächsten Mal besser machen können.

Die JCANS (Japan Collaboration of Accelerator driven Neutron sources) ist ein Netzwerk von größeren und kleineren japanischen Neutronenquellen, die sich zum Zwecke der Zusammenarbeit und des gegenseitigen Austausches zusammen getan haben. Das ist jetzt auch erst mal nichts Besonderes, denn mit der KFN (dem Komitee zur Forschung mit Neutronen) gibt es in Deutschland etwas recht ähnliches, aber schon auf den zweiten Blick bemerkt man eine ganze Menge signifikante Unterschiede.

Zuerst einmal ist die JCANS auf beschleunigerbasierte Quellen (derzeit 9 Stück) und industrielle Partner beschränkt und fokussiert sich daher mehr auf die Quellen und deren Bedürfnisse im Gegensatz zu der Wissenschaft, die damit “produziert” wird, so wie es die KFN tut.

Zweitens – und das ist meiner Meinung nach noch wesentlich wichtiger – kommen die Mitglieder von einer sehr großen Bandbreite an Quellen. Von Quellen, die seit den 70gern in Betrieb sind, bis zu brandneuen, die 2018 an den Start gehen wollen. Von kleinen Quellen ohne größeres Budget mit gerade einmal 3 Mitarbeitern bis zu multinationalen Firmen wie Toyota Motor Corporation. Von Grundlagenforschung in der Astrophysik oder dem Standardmodell bis zu Stresstests in tiefgezogenem Metall in der Automobilindustrie. Diese große Bandbreite an verschiedenen Erfahrungen und Expertisen hilft ihnen extrem auf das gemeinsame Ziel hin zu arbeiten, der möglichst effektiven Nutzung von Neutronen als mikroskopische Untersuchungsmethode.

Gleichzeitig ist die JCANS natürlich in die internationale WIssenschaftslandschaft integriert. Hauptsächlich auf der Seite der UCANS (Union for Compact Accelerator driven Neutron Sources), da alle Mitglieder der JCANS – mit Ausnahme der J-Parc Spallationsquelle natürlich – eben kompakte Neutronenquellen sind, die sowieso mit der UCANS zusammenarbeiten würden.

Was hat das nun mit der deutschen Situation zu tun? In Deutschland sind alle Neutronenquellen (mit Ausnahme von FRANZ) Forschungsreaktoren (und keine Teilchenbeschleuniger) und werden in naher Zukunft abgeschaltet, wie ich ja vorher schon einmal berichtet hatte. Wir wollen nun diese Forschungsreaktoren mit Quellen auf der Basis von Teilchenbeschleunigern ersetzen (wie z.B. die HBS) und gleichzeitig noch kleinere Quellen bauen, die sogar in Universitäten Verwendung finden können. Das MLZ in Garching und der FRM II wird natürlich die große nationale Quelle in Deutschland bleiben, aber darüber hinaus gibt es ausreichend Bedarf und Nachfrage.

Also wenn wir nun diese Art Quellen in Europa etablieren wollen, dann sollten wir auch direkt von den Japanern lernen und von Anbeginn an eine europäische Version der JCANS auf die Beine stellen. Als Fundament können wir die Neutronenstreuer-Community benutzen, die schon lange über ein gutes Netzwerk zwischen den ganzen verschiedenen Naturwissenschaften (Physik, Biologie, Chemie, Kristallographie etc.) verfügt und dann weitere Wissenschaftler einladen, die mit Neutronen arbeiten. Derzeit treffen sich des öfteren einige europäische Partner in Unkel, in der Nähe von Bonn, um ein gemeinsames Konzept für hochbrillante Neutronenquellen zu entwickeln. Die könnten komplett übernommen werden und das Ergebnis würde in etwa wie in dieser Skizze aussehen.

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Da jetzt die JCANS eine nationale Kollaboration ist, könnte man auch darüber nachdenken, ob hier nicht auch ein nationaler Alleingang möglich wäre. Ich halte das aber für eine schlechte Idee: Erstens, weil es in den entsprechenden Ländern einfach nicht genug Neutronenquellen gibt und zweitens – meiner Meinung nach wesentlich wichtiger – sollten wir nach mehr Europa und mehr Zusammenarbeit (nicht nur in den Wissenschaften) streben, statt jeden für sich selber kämpfen zu lassen. Ich hoffe sehr, dass wir während dieses Entwicklungsprozesses uns eine Scheibe von dem abschneiden können, was die Japaner mit der JCANS sehr erfolgreich vorgemacht haben.


Der CARR-Forschungsreaktor in Peking

... und Maunzen vor dem Mausoleum.

… und Maunzen vor dem Mausoleum.

“China will die Atomkraft als neue grüne Energiequelle massiv ausbauen, um auf Kohle verzichten und gleichzeitig den extrem steigenden Energiebedarf des Landes decken zu können” ist eine der Hauptaussagen, die man so hört, wenn es um das Reich der Mitte und die Zukunft der Kerntechnik geht. Ich habe auch weiterhin nichts mit Kernenergie zu tun, bin dafür aber vor kurzem in China gewesen und habe den Forschungsreaktor CARR (Chinese Advanced Research Reactor) in Peking besuchen dürfen, der keinen Strom produziert, sondern als Neutronenquelle für Streuexperimente dient und hoffentlich bald seinen regulären Dienst aufnehmen kann.

Dabei war eine der ersten Aussagen beim Abendessen mit dem wissenschaftlichen Leiter in familiärer Atmosphäre: “Der Hauptgrund, warum der Forschungsreaktor bisher nur im Testbetrieb gelaufen ist, liegt hauptsächlich an der drastischen Verschärfung der Sicherheitsanforderungen nach der Katastrophe von Fukushima. Danach wurde die Leitung des Reaktors von der Atomenergiebehörde zur Umweltbehörde transferiert, die eine komplette Überprüfung und Verschärfung der Strahlenschutzanforderungen angesetzt hat, die es bis zum heutigen Tage nicht möglich macht in den Dauerbetrieb über zu gehen.”

Das war auf jeden Fall keine Aussage, die man als Mitteleuropäer erwartet hätte, wenn einem noch das chinesische Image von „Fortschritt um jeden Preis“ im Kopf herumspukt. Aber offenbar sind die Chinesen ernsthaft bereit, aus unseren Fehlern der 70er-Jahre zu lernen und eben nicht mal auf Teufel komm raus eine Anlage nach der anderen in Betrieb zu nehmen.

In Ermangelung von schönen Bildern des Reaktors hier ein Suchbild, auf dem eine Mauer und eine Katze versteckt sind.

In Ermangelung von schönen Bildern aus dem Inneren des Reaktors hier ein Suchbild, auf dem eine Mauer und eine Katze versteckt sind.

Beim Besuch des Reaktors selber haben wir dann unsere ehemaligen Instrumente besichtigt, die Jülich nach der Schließung des Forschungsreaktors DIDO vor 10 Jahren nach Peking (eben an den CARR-Reaktor) gegeben hat, damit sie dort weiter benutzt werden können und der Forschung weiterhin zur Verfügung stehen (anstatt bei uns im Keller einfach nur Staub anzusetzen). Die Instrumente, die damals nach China gegangen sind, waren unter anderem ein thermischer Dreiachser und ein Pulverdiffraktometer, kurz Standardinstrumente der Neutronenstreuung, über die ich vielleicht in Zukunft hier noch mal genauer berichten kann.

Es dauert generell ca. zwei Jahre, bis ein Neutroneninstrument vernünftig aufgebaut, in Betrieb genommen und kalibriert worden ist. Diese Zeit verlängert sich deutlich, je weniger Neutronen zur Verfügung stehen, mit denen man die Kalibrierung betrieben kann. Trotz des notorischen Neutronenmangels (letztes Jahr waren es insgesamt nur 40 Betriebsstunden) sind allerdings fast alle Geräte einsatzbereit und teilweise sind sogar schon Publikationen über die ersten Tests bei Inbetriebnahme geschrieben worden… mein Respekt an dieser Stelle. Die chinesische Neutronencommunity wächst auch gerade kräftig und knapp über hundert Wissenschaftler (vorwiegend aus der Festkörperphysik, Chemie und Biologie) stehen in den Startlöchern, um die chinesischen Neutronenquellen (den eben beschrieben CARR-Forschungsreaktor und die neue Spallationsquelle nahe Shanghai) als User zu nutzen, sobald diese die Türen für den regulären Betrieb öffnen. Teil des damaligen Deals mit unseren alten Instrumenten war auch, dass wir eine gewissen Dauer an fester Messzeit an diesen Instrumenten bekommen, sobald diese ihren Betrieb aufnehmen, so dass sich nicht nur die Chinesen auf die Inbetriebnahme freuen dürfen.

Neben Peking waren wir auch noch in Xian (in Zentralchina), wo in naher Zukunft eine kleine Neutronenquelle auf Beschleunigerbasis nach Vorbild der RIKEN-Quelle aus Japan (also 15 Meter lang und nur 2 Meter breit) gebaut werden soll. Diese kleinen kompakten Quellen – die wir ja auch hier in Jülich bauen wolen – sind ja mein eigentliches Forschungsgebiet, aber darüber werdeich wohl auch noch mal in einem eigenständigen Artikel berichten müssen.