ESS: Spallationsquelle für die Neutronenforschung

Mit Neutronen können Materialien erforscht werden, ohne sie zu zerstören. Neutronen werden zukünftig an der ESS mit der weltweit höchsten Intensität zur Verfügung stehen: für Materialforschung und Werkstoffkunde, Medizin und Lebenswissenschaften.

Architekturmodell des Laborkomplexes der ESS. Von rechts kommt ein energiereicher Ionenstrahl, der im zentralen Gebäude Neutronen aus Atomkernen schlägt. Diese werden dann in das hinten liegende Laborgebäude gelenkt.
Architekturmodell des Laborkomplexes der ESS. Von rechts kommt ein energiereicher Ionenstrahl, der im zentralen Gebäude Neutronen aus Atomkernen schlägt. Diese werden dann in das hinten liegende Laborgebäude gelenkt. © ESS

Atomkerne sind aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt. Protonen sind elektrisch positiv geladen und stoßen sich gegenseitig ab. Neutronen sind elektrisch neutral und können daher ungehindert tief in Materie eindringen – tiefer noch als elektrisch geladene Ionen oder Röntgenstrahlung.

In der Forschung mit Neutronen wurden in den letzten Jahrzehnten eine ganze Reihe von Verfahren entwickelt, um mit diesen nuklearen Sonden verschieden große Objekte und verschieden schnelle Prozesse zu erkunden. So kann beispielsweise die Verbrennung von Treibstoff in Motoren gefilmt werden. Aber auch mikroskopisch kleine Kristallgitter und magnetische Strukturen können mit den Neutronen identifiziert werden. Das macht sie zu einem wichtigen Werkzeug für eine ganze Bandbreite von Forschungsdisziplinen.

In Zukunft wird die Europäische Spallationsquelle ESS im südschwedischen Lund die leistungsfähigste Neutronenquelle der Welt sein. Insgesamt beteiligen sich 17 europäische Länder an dem Gemeinschaftsprojekt, das neue Standards in der Forschung mit Neutronen setzen soll. Die beiden Sitzländer Schweden und Dänemark tragen mit einem Anteil von 47,5 Prozent fast die Hälfte der Baukosten; das Bundesforschungsministerium hat einen deutschen Beitrag von 202,5 Millionen Euro für die ESS zugesagt.

Innerhalb von Europa stellt Deutschland eine bedeutende Gruppe von über tausend Nutzern, die für ihre Forschung auf Neutronen angewiesen sind. Denn mit Neutronen lassen sich Materialeigenschaften erkunden, die mit anderen Methoden nicht zugänglich wären, etwa in der Medizin, Umweltforschung, Energieversorgung oder Werkstoffprüfung. Die ESS hat daher eine große Bedeutung für die Grundlagenforschung in Deutschland und Europa.

Die Spallationsquelle soll 2019 die ersten Neutronen liefern und drei Jahre später die volle Leistung erreichen. Im Jahr 2025 soll schließlich der vollständige Nutzerbetrieb erreicht sein. Jährlich werden dann zwei- bis fünftausend Fachleute an der Neutronenquelle forschen können.