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Atominstitut

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Atominstitut
ATIlogo.png
Standort
Land Flag of Austria.svg Österreich
Bundesland Wien
Ort Wien
Koordinaten 48° 11′ 48″ N, 16° 24′ 46″ OTerra globe icon light.png 48° 11′ 48″ N, 16° 24′ 46″ O
Zentrumdetails
Gründung 1958
Gesellschaft Technische Universität Wien
Kompetenzen Neutronenradiographie und Isotopenbestrahlung
Hauptforschungsfelder Atomphysik, Reaktortechnik und -physik, Strahlenphysik und -schutz, Quantenphysik, Radiochemie, Umweltmesstechnik, Festkörperphysik, nukleare Messtechnik
Finanzierung/Träger Staatlich

Das Atominstitut (kurz ATI) in Wien ist ein Institut der Fakultät für Physik der Technischen Universität Wien. Das Institut verfügt über einen TRIGA-Mark 2 von General Atomics mit einer thermischen Leistung von 250 kW, zur Zeit ist dieser Reaktor der einzige in Betrieb befindliche Kernspaltungsreaktor in Österreich.

Geschichte

Das Atominstitut der österreichischen Hochschulen wurde 1958 als interuniversitäres Institut gegründet um auf universitärer Ebene den Einstieg Österreichs ins Atomzeitalter vorzubereiten, Aufgabenbereiche des Instituts waren zu Beginn die (namensgebende) Atomphysik, Kernphysik, Reaktortechnik und Reaktorphysik, Strahlenphysik und Strahlenschutz, Quantenphysik (insbesondere Neutronephysik), Radiochemie, Umweltmesstechnik, Festkörperphysik, nukleare Messtechnik sowie die universitäre Ausbildung in diesen Bereichen. Parallel dazu wurde die Österreichische Studiengesellschaft für Atomenergie Ges. m. b. H. (SGAE) gegründet welche sich der industriellen Kernforschung widmen sollte was später zur Errichtung des Reaktorzentrums in Seibersdorf führte.

Von Anfang an war klar das dem Institut ein eigener Kernreaktor zur Verfügung stehen sollte und das das Institut in Wien, in der Nähe der Technischen Universität Wien und der Universität Wien sowie der IAEA errichtet werden sollte. Als Standort wurde ein Grundstück in der Nähe des Wiener Praters ausgewählt, alternativ wurde erwogen das Institut im Inneren des ehemaligen Flakturms im Augarten anzusiedeln. Als Reaktortyp wurden Anfangs überlegt einen "Water Boiler" Reaktor zu errichten (also mit einem flüssigen Reaktorkern aus einer wässrigen Uransalzlösung) allerdings entschied man sich dann doch für einen damals neuartigen TRIGA Reaktor der amerikanischen Firma General Atomics.

Das Institutsgebäude des Atominstituts; links der Hörsaal, im Hintergrund die Reaktorhalle

Nach einer Bauzeit von nichteinmal drei Jahren wurden Institutsgebäude und Reaktor 1962 fertiggestellt, am 7. März 1962 wurde der Reaktor erstmals kritisch.[1] Ebenfalls 1962 wurde das Institut der TU Wien administrativ zugeordnet.

1971 gelang Helmut Rauch, dem Professor für experimentelle Kernphysik am ATI zusammen mit Ulrich Bonse und Wolfgang Treimer durch Interferenz-Experimente mit einem auf Basis von Röntgen-Interferometern selbst entwickelten Neutronen-Interferometer aus Silizium-Einkristallen der Nachweis das auch Neutronen als massive Teilchen Wellencharakter haben.[2]

Im Laufe der Zeit kamen weitere Arbeitsschwerpunkte hinzu, insbesondere angewandte Quantenphysik und Quantenoptik sowie Tieftemperaturphysik und Supraleitung. Auch die Zusammenarbeit mit der IAEA und Euratom wurden im Laufe der Zeit verstärkt, im Rahmen des Safeguard-Programms werden am Institut Fachinspektoren der IAEA ausgebildet (insbesondere solche in deren Herkunftsländern keine entsprechenden praktischen Ausbildungsmöglichkeiten bestehen). Auch Messinstrumente der Safeguards werden zum Teil am ATI kalibriert. Ab Mitte der 1990er trugen die Einnahmen aus dieser Zusammenarbeit auch zunehmend zur Finanzierung des Instituts bei.[3]

Ab 2006 und bis heute von erheblicher Bedeutung ist die Entwicklung und der Bau sogenannter Atomchips unter der Leitung von Jörg Schmiedmayer, dem Professor für Atomphysik und Quantenoptik am ATI.

2009 wurde das Atominstitut der österreichischen Hochschulen schließlich vollständig in die TU Wien integriert und der Fakultät für Physik zugeordnet. Es wurde außerdem in Atominstitut umbenannt, auch der Englische Name wurde geändert, von Atomic Institute of the Austrian Universities in Institute of Atomic and Subatomic Physics.

Reaktor

Reaktorkern des TRIGA Mark 2 am Atominstitut

Der TRIGA Mark 2 (TRIGA= Training Research Isotope production General Atomics) des Instituts ist als Schwimmbadreaktor ausgeführt. Die Brennelemente bestehen aus Edelstahlrohren (ursprünglich Aluminium), der Brennstoff ist Zirkonium-Uran-Hydrid. Da Brennstoff und Moderator (Zirkoniumhydrid) ein homogenes Gemisch bilden besitzt der Reaktor einen starken, schnell wirkenden negativen Temperaturkoeffizienten. Dieser ermöglicht es den Reaktor im sogenannten Pulsbetrieb kurzzeitig, mit einer Überschussreaktivität von bis zu 2$, prompt kritisch zu fahren. Ein Puls dauert 40 ms (Zeitliche Halbwertsbreite), die Leistung steigt dabei auf bis zu 250 MW, insgesamt werden bis zu 12 MWs freigesetzt. Besonders geeignet ist dieser Betriebsmodus unter anderem für die Neutronenradiographie (am ATI wurde unter anderem die Feuchtigkeitsverteilung in verschiedenen Baumaterialien, Leistungsreaktor-Brennelemente und die Funktionsweise einer Kaffeemaschine Neutronenradiografisch untersucht).

Im Gegensatz zum TRIGA Mark 1 besteht beim TRIGA Mark 2 nicht nur die Möglichkeit Proben direkt im Reaktor zu bestrahlen wofür auch ein eigenes Rohrpostsystem zum schnellen Probentransport in- und aus dem Kern existiert sondern es gibt auch 4 Neutronenstrahlrohre durch die die Neutronenstrahlung das Biologische Schild durchdringen kann sodass Neutronenphysikalische Experimente in Trockenbestrahlräumen durchgeführt werden können. Weiters gibt es eine sogenannte Thermische Säule aus Grafit welche das Biologische Schild durchdringt. Durch diese können thermische Neutronen in einen weiteren Bestrahlraum geleitet werden.

Der Reaktorkern besteht aus etwa 80 stabförmigen Brennelementen (Durchmesser 3,75 cm, Länge 72,24 cm) die in einer regelmäßigen Gitterplatte in konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Bei der Maximalleistung von 250 kW steigt die Brennstoff-Zentraltemperatur auf etwa 200 °C, im Pulsbetrieb mit 250 MW 360 °C wobei es bereits zu einer Dampfblasenbildung und einem Ausgasen von im Wasser gelöster Luft an der Brennelementoberfläche kommen kann. Die primäre Wassertemperatur beträgt im Betrieb zwischen 20 °C und 40 °C, gekühlt wird der Reaktor über einen Zwischenkreis mit Brunnenwasser. Im Dauerbetrieb können Neutronenflüsse von bis zu 1x10¹³ pro Quadratzentimeter und Sekunde erreicht werden, der Spitzenneutronenfluss im Pulsbetrieb ist analog zur Reaktorleistung tausend mal so hoch. Die Regelung des Reaktors erfolgt mit drei Absorberstäben die Borcarbid enthalten. Einer der Stäbe, der sogenannte Impulsstab, kann zum initiieren eines Pulses pneumatisch aus dem Kern geschossen werden. Der Abbrand ist durch die relativ geringe Leistung und die Tatsache das der Reaktor nicht durchgängig, schon gar nicht mit voller Leistung, betrieben wird sehr gering, 50 Brennelemente des Erstkerns waren noch bis 2011 im Einsatz. Zusätzlich zu den Brennelementen kommen auch Reflektorelemente zum Einsatz, diese sind ähnlich aufgebaut wie die Brennelemente enthalten aber Grafit anstelle des Brennstoffs.[4]

Abgebrannte Brennelemente des Reaktors müssen nicht in Österreich endgelagert werden sondern werden von den USA zurückgenommen und bis zu einer eventuellen Wiederaufbereitung oder Endlagerung im INL zwischengelagert.

Für Arbeiten mit aktiven Teilen oder Substanzen steht auch ein Bleizellenlabor mit zwei heißen Zellen im Keller zur Verfügung.

Öffentlichkeitsarbeit

Nach Voranmeldung können Führungen für Gruppen ab 10 Personen durchgeführt und der Reaktor besichtigt werden. Insgesamt nutzten bereits über 100 000 Besucher diese Möglichkeit.

Einzelnachweise

Weblinks