Overslaan en naar de inhoud gaan

SCK CEN ontkleedt atomen

Laserlicht knikkert elektronen uit atoomkern om specifieke radio-isotopen te isoleren

SCK CEN - Jaarverslag Highlights - Laserlaboratorium MYRRHA (2021)

In amper één jaar rondde SCK CEN de bouw van een indrukwekkende laserinstallatie af. Het brengt het nucleaire onderzoekscentrum alweer een stap dichter bij zijn doel: de ontwikkeling en productie van een nieuwe generatie medische radio-isotopen. “Die lasers stellen ons in staat om specifieke, levensnoodzakelijke radio-isotopen te isoleren”, aldus Lucia Popescu, een van de drijvende krachten achter dit project.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

Met het MYRRHA-project wil het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN een reeks aan maatschappelijke uitdagingen tackelen. Een van de ambities die SCK CEN wil waarmaken, is de ontwikkeling en productie van radio-isotopen voor medische toepassingen en fundamenteel onderzoek. Om die radio-isotopen te verkrijgen, bombardeert SCK CEN zogenaamde ‘trefschijven’ met protonen. De trefschijven staan gestapeld in ISOL@MYRRHA’s target container – een koker met een diameter van ca. vier centimeter. Zodra een protonenbundel met een energieniveau van 100 MeV door de trefschijven schiet, vormen de radio-isotopen zich en verdampen ze. Ze beginnen rond te zwerven en botsen overal tegenaan, totdat ze de uitgang van de target container vinden. Die uitgang is tevens de ingang van een dunne transferbuis. Die buis brengt de radio-isotopen naar het volgende gedeelte van de ISOL-installatie. “Natuurlijk berust het niet op toeval welke radio-isotopen verder reizen. Wij selecteren ze zorgvuldig. Enkel die radio-isotopen die wij voor ogen hebben, worden verder doorheen de installatie begeleid”, aldus Lucia Popescu, ingenieur bij SCK CEN.

De selectie wordt verzorgd door laserlicht, dat door een spel aan spiegels in de transferbuis schijnt. De onderzoekers maken gebruik van twee lasertypes. “Kleurstoflasers en pomplasers”, preciseert collega-ingenieur Kim Rijpstra. De lasers zetten een trapsgewijze ionisatie in gang. “Elektronen draaien op energieschillen rond een atoomkern. De kleurstoflasers laten een elektron verspringen van één schil naar een andere, die verder van de kern ligt. Eens ver genoeg, katapulteert een laatste laserstraal het versprongen elektron uit het atoom. Door het atoom van zijn elektronen te ontkleden, krijgt het een positieve lading. Het atoom geraakt geïoniseerd en kan dan versneld en nauwkeurig gestuurd worden.”

Vingerafdruk van een atoom

Net als elk persoon een unieke vingerafdruk heeft, heeft elk chemisch element in het periodieke systeem zijn eigen elektronenconfiguratie. Bij elk chemisch element liggen de schillen anders en zijn de elektronen anders verdeeld over verschillende schillen. “Hoe dieper in het atoom, hoe meer energie er nodig is om een elektron volledig te laten wegspringen. Door de kleur van de kleurstoflasers aan te passen, leggen we vast welke sprongen er zullen plaatsvinden. Op die manier richten we onze pijlen op specifieke elektronen en kiezen we welke concrete atomen we aanmoedigen om verder te reizen”, legt Kim Rijpstra uit. Vervolgens worden de geïoniseerde atomen in een elektrisch veld versneld en door een magnetisch veld gescheiden op basis van massa. Op het einde van de rit worden de geselecteerde isotopen verzameld.

Die lasers stellen ons in staat om specifieke, levensnoodzakelijke radio-isotopen te isoleren.
Lucia Popescu
SCK CEN - Highlights - Inhoudstafel (2021)

Laserinstallatie

Sinds eind 2020 staat de laserinstallatie die de radio-isotopen in de toekomst zal triëren, op het technische domein van SCK CEN te pronken. Voor het ontwerp ervan heeft SCK CEN nauw samengewerkt met KU Leuven, een van de Belgische universiteiten. Eenmaal het ontwerp op punt stond, werden de onderdelen besteld. “Toen ze begin 2020 geleverd werden, stroopten we meteen onze mouwen op en gingen aan de slag. Na één jaar hard werken stond de installatie er. Die realisatie betekent alweer een stap dichter bij ons doel”, klinkt het trots. Dat doel is 2027. Vanaf dan wil het onderzoekscentrum met de ontwikkeling en de productie van een nieuwe generatie radio-isotopen van start gaan. Al moet het daarvoor eerst nog andere mijlpalen afvinken, met als eerste de koppeling van de laserinstallatie aan de ISOL@MYRRHA-installatie.

ISOL@MYRRHA: het kloppende hart voor de isotopenproductie

De ISOL-installatie (Isotope Separation On-Line) is het kloppende hart van de Proton Target Facility (PTF), waar de radio-isotopen ontstaan. Die radio-isotopen worden ingezet voor medische doeleinden of voor fundamenteel en toegepast onderzoek in fysica en materiaalonderzoek. Het unieke aan deze installatie is de intensiteit van de protonenbundel. Die protonenbundel is 100 keer intenser dan in andere, Europese installaties. Dat maakt dat het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN binnen zijn spectrum meer isotopen kan produceren.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

Met elementaire deeltjes een wezenlijk verschil maken

Al eeuwen tracht de mens de complexiteit van de wereld te ontrafelen. Wetenschap is daarbij het werktuig dat inzichten helpt verschaffen en orde helpt scheppen in de ogenschijnlijke chaos. Fundamentele wetenschap vormt de motor voor het opbouwen van kennis en het ontwikkelen van nieuwe oplossingen voor toepassingen met maatschappelijke relevantie. Het enthousiasme en de voortdurende verwondering van onze medewerkers zorgen voor de nodige impulsen om vorderingen te kunnen blijven maken.

Marc Schyns
Geavanceerde Nucleaire Systemen

Reactorvat MYRRHA wordt slanker
Vernieuwd ontwerp combineert veiligheid en economische haalbaarheid

Volgend hoogtepunt

Deel deze pagina