Delftse reactor weer actief, maar sleutelstuk ontbreekt

Het Reactor Instituut Delft (RID) is weer open, nadat het afgelopen jaren grondig is opgeknapt. Aan de buitenkant van de reactor is de beplating vervangen. Tegen de koepel is glimmende nieuwbouw verrezen, waar helium zeer koud wordt gemaakt voor het koelprocess van het waterstof in de koude neutronenbron. Ook is de besturings- en bewakingsapparatuur op het niveau van de laatste standaarden gebracht, want sinds de kernramp in Fukushima tien jaar geleden zijn de eisen aan nucleaire installaties flink opgeschroefd, vertelt RID-directeur prof.dr.ir. Bert Wolterbeek.

^{(Foto: Jos Wassink)}

En dus is de reactor begin december 2021 weer opgestart. De reactor is volledig operationeel en in de naastgelegen experimentenhal leggen technici de laatste hand aan de meetinstrumenten die gevoed worden door neutronenstralen uit de reactorkern. Er ontbreekt maar één ding en dat is de koude neutronenbron – de hightech extensie waaraan al meer dan tien jaar wordt gewerkt. De modernisering van de Hoger Onderwijs Reactor onder de naam Oyster (Optimised Yield – for Science, Technology and Education of – Radiation) werd destijds door het ministerie van OCW gesteund met een bijdrage van 38 miljoen euro. De TU Delft droeg in natura ongeveer dubbel zoveel bij.

De koude neutronenbron speelt binnen Oyster een sleutelrol. Gekoelde neutronen hebben meer interactie met een onderzoeksobject dan niet-gekoelde neutronen. De kwaliteit en snelheid van de metingen met koude neutronen zijn daardoor tot wel honderd keer beter, is de verwachting.

Dat geldt met name voor twee belangrijke instrumenten. Het ene is de neutronenreflectometer ROG die aan het oppervlak van materialen laagdiktes en samenstelling aftast. Toepassingen daarvan zijn mogelijk de ontwikkeling van waterstofsensors en dunne-film-lithiumbatterijen. Een ander instrument, SANS, leidt op nanometer-schaal de structuur af van proefmaterialen door middel van de verstrooiing van neutronen onder een kleine hoek. Deze techniek heeft toepassingen in chemie, natuurkunde en biologie.

Langzame neutronen

^{Meetinstrumenten SANS (geel) en ROG (paars) in de experimentenhal zullen een stuk nauwkeuriger of sneller zijn met koude neutronen. (Foto: Jos Wassink)}

“Neutronen bewegen door materie zoals mensen door een groep”, vergelijkt dr. Jeroen Plomp, hoofd van de instrumentengroep van het RID. “Als je in een rave terecht komt, ga je springen. Kom je in een uitvaartstoet dan schuifel je rustig mee.” Een neutron dat uit de reactorkern schiet, neemt de energie over van het 40 graden warme water dat de kern omgeeft. Maar nadat neutronen enkele centimeters door vloeibaar waterstof hebben bewogen (met een temperatuur van circa -250 graden Celsius), zijn ze na enkele botsingen hun grootste snelheid kwijt. Ze zijn dan een stuk langzamer, waardoor ze langer in een te onderzoeken monster zitten en nauwkeurigere resultaten geven.

De specificaties werden steeds niet gehaald

Het hart van de koude neutronenbron is niet groter dan een voetbal en bevat enkele liters vloeibaar waterstof. De waterstof wordt gekoeld met zeer koud helium (-269 graden Celsius) uit de glimmende aanbouw. De bron komt tussen de reactorkern en een van de uitgaande pijpen die naar de meetinstrumenten leidt. In februari 2017 tekende de TU Delft een contract met het Zuid-Koreaanse consortium KHC voor de bouw van de koude neutronenbron.

Lastig lassen
Maar dat blijkt een ingewikkelde klus, aldus Wolterbeek. De constructie heeft drie lagen dunwandig aluminium waartussen zich vloeibaar waterstof, hoog vacuüm en afschermende gaslagen bevinden. Bij de test van een eenvoudiger proefmodel in 2019 dat vanuit Korea naar Delft was verscheept werd al een klein gaslek geconstateerd in een lasnaad tussen het vloeibare waterstof en het hoog vacuüm. Problemen met het lassen onder deze hoge specificaties, eisen voor lekdichtheid en lastige geometrie blijven de Koreaanse constructeurs achtervolgen.

“Als je één laag goed gelast hebt – wat al lastig is – en je begint aan de tweede laag, kan dit ook weer effect hebben op de eerste lasnaad. Deze kan gebreken gaan vertonen”, aldus Wolterbeek. Dat is wat keer op keer door KHC in Korea en door inspecteurs van certificeringsbedrijf Lloyds is geconstateerd. De specificaties van het RID werden steeds niet gehaald. In de afgelopen tijd is extra vertraging ontstaan door corona-reisbeperkingen waar de tussen Nederland en Korea reizende inspecteurs mee te maken kregen. Wolterbeek zegt dat momenteel het vierde exemplaar in aanbouw is.

Volgens de laatste berichten kan dat werkstuk in juni 2022 geleverd worden. Als het de tests doorstaat, volgt inbouw in het reactorbassin. De reactor zal daarvoor stilgelegd worden tot eind november. De gunstigste prognose voor de afronding van het miljoenenproject is verschoven naar december 2022.

Meer weten: