Weltweit erste laserbasierte Neutronenquelle für Industrieeinsatz

Ditzingen/Biblis, 25. September 2024 – Ein von Focused Energy geführtes Verbundprojekt entwickelt die weltweit erste lasergetriebene Neutronenquelle für den Industrieeinsatz. Das so genannte LDRS-Verfahren (Laser-Driven Radiation Sources) kann zerstörungsfrei nicht nur durch dicke Stahl- oder Betonwände hindurch-, sondern auch hineinsehen. Am Verbundforschungsprojekt sind das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen, das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Photonis Germany sowie TRUMPF und die TU Darmstadt beteiligt. RWE stellt dafür Räumlichkeiten am Standort Biblis zur Verfügung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit 20 Millionen Euro.

Ziel des Verbundprojekts namens PLANET ist es, aus den von den Projektpartnern entwickelten Einzelkomponenten eine Laser‐Neutronenquelle zu entwickeln und damit zu demonstrieren, dass diese zur zerstörungsfreien Untersuchung von nuklearen Abfallbehältern eingesetzt werden kann.

Die von Focused Energy entwickelte LDRS-Technologie stellt die erste zerstörungsfreie Technologie dar, mit der große Bauteile wie Brücken oder Schiffscontainer genauso wie fest verschlossene Behälter von außen charakterisiert werden können. In der Vergangenheit war das verwendete Inspektionsverfahren auf riesige Teilchenbeschleuniger angewiesen, um die notwendigen Neutronenstrahlen zu erzeugen. Das war für sehr viele Anwendungen nicht praktikabel. LDRS bietet so nicht nur eine deutlich kostengünstigere und kompakte Alternative, sondern auch eine Art zerstörungsfreien Röntgenblick in feinste Strukturen und komplexe Materialzusammensetzungen.

Laserbasiertes Verfahren verspricht Lösung

Die wesentliche Innovation des neuen Prüfverfahrens ist die durch einen Hochleistungslaser getriebene Neutronenquelle. Anstatt konventionelle Beschleunigertechnologie zu verwenden, werden Ionen durch den Laser beschleunigt und auf einen Konverter gerichtet, um dort über Teilchenreaktionen Neutronen zu erzeugen. Das Projekt PLANET umfasst verschiedene aufeinander aufbauende Teilprojekte, in die unterschiedliche Partner involviert sind. 

Der Hochleistungslaser, der von TRUMPF, Fraunhofer ILT und Focused Energy gebaut wird, feuert bis zu 100-mal pro Sekunde auf ein sich selbst erneuerndes Target, das von Focused Energy zusammen mit der TU Darmstadt entwickelt wird. Der Laser beschleunigt die Teilchen auf einer Strecke von wenigen Millimetern. In konventionellen Teilchenbeschleunigern sind dafür mehrere hundert Meter nötig. Focused Energy arbeitet hier mit dem HZDR zusammen, um diese Teilchenstrahlen stabil und reproduzierbar zu erzeugen. Die Teilchen werden anschließend in gerichtete Neutronen und Röntgenstrahlung umgewandelt, um so das Innere von Bauteilen und Behältern zu durchleuchten. Für die Bildgebung entwickelt Photonis Germany einen großflächigen, hochsensiblen Detektor. Dieser detektiert die ankommende Neutronen- und Röntgenstrahlung, um daraus wie in herkömmlichen radiologischen Verfahren hochaufgelöste Bildinformationen zu generieren.

Focused Energy tritt hierbei als Systemintegrator auf und nutzt sein patentiertes LDRS-Verfahren, um aus den so aufgenommenen Daten Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und den Zustand der Behälter zu ziehen. Mit der lasergetriebenen Quelle kann erstmals eine lokal nutzbare Neutronenquelle mit hoher Leistung realisiert werden.

Pilotanlage in Biblis

RWE stellt auf dem Gelände des ehemaligen Kernkraftwerkes in Biblis ein Gebäude zur Verfügung, das von Focused Energy in ein Forschungslabor und die erste Pilotanlage zum Einsatz dieser Technologie umgebaut wird.

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