Kerntechnik in Forschung und Alltag

Transkript

1 Kerntechnik in Forschung und Alltag Dr. Ralf Güldner Präsident, DAtF (Deutsches Atomforum e. V.) Treffpunkt Krümmel am , Geesthacht

2 Gliederung I. Einleitung 2 II. III. IV. Kerntechnik in der Industrie Kerntechnik in der Medizin Kerntechnik im Ernährungsbereich V. Kerntechnik bei sonstigen Anwendungen

3 Kerntechnik ist viel mehr als Energieerzeugung Das erste veröffentlichte Röntgenbild der Welt (1895) 3 Marie Curie am Steuer eines Röntgenwagens (1917)

4 Erklärfilm Vielkönner Kerntechnik 4

5 Trotz Ausstieg Deutschland wird keine kerntechnikfreie Zone Etwa umschlossene radioaktive Strahlenquellen (Strahler) werden in Deutschland in Industrie und Gewerbe, Medizin, Forschung und in der Landwirtschaft eingesetzt 5 Tabelle Radioaktive Stoffe 199 bis 2016 in Niedersachsen (Quelle: BMUB)

6 Beispiel für Kerntechnik in Ihrer Region Airbus stellt in Stade Bauteile aus kohlestofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) her, die mit Hilfe von industrieller Röntgentomographie zerstörungsfrei geprüft und weiterentwickelt werden. In Geesthacht befindet sich das Helmholtz-Zentrum für Materialforschung mit einer weltweit einzigartigen Infrastruktur für die komplementäre Forschung mit Photonen und Neutronen. In Hamburg befindet sich das Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY mit PETRA III, der brillantesten Speicherring- Röntgenstrahlungsquellen und der leistungsstärksten Lichtquellen der Welt. 6

7 Gliederung I. Einleitung 7 II. III. IV. Kerntechnik in der Industrie und Wirtschaft Kerntechnik in der Medizin Kerntechnik im Ernährungsbereich V. Kerntechnik bei sonstigen Anwendungen

8 Materialuntersuchung mit Hilfe von Neutronenstrahlen 8 Materialuntersuchungen am FRM II in Garching Legierungen (Ausscheidungen, Phasenumwandlungen): Verhalten bei hohen Temperaturen (bis 2000 C) und/oder unter Zugversuchen Batterien (chem. Strukturen, Phasenumwandlungen): In operando Charakterisierung der molekularen Vorgänge beim Be-/Entladen Werkstücke (Kurbelwelle, Verdichterrad, ): Eigenspannungen im Innern, Texturbestimmung optimierte magnetische Eigenschaften (Speichermaterialien) Erschließung neuer Materialressourcen (z. B. Keramik) Entwicklung neuer Herstellungsmethoden zerstörungsfreie Sichtbarmachung der Beladung mit Wasserstoff bei der Entwicklung von Wasserstoffspeichern und Brennstoffzellen Strahlenresistenz Versuchsaufbau zur Messung von Lithiumionenbatterien am Instrument STRESS-SPEC. (Foto: W. Schürmann / TUM)

9 XXL-Computertomographie 9

10 Anwendungen in der Wirtschaft Radioisotop-Instrumente helfen, die Dicke von Papier, Blech, fluiden Strömungen und Zementzusammensetzung zu messen Mit Hilfe radioaktiver Strahlung werden Plastik, Reifengummi und andere Kunststoffe gehärtet Radiographie wird genutzt, um Schweißstellen zu überprüfen und Fehler in Gussteilen zu finden Mit Radioisotopen werden Verschleiß und Abnutzung an Material gemessen Fotokopierer verwenden kleine Mengen radioaktiven Materials, um zu verhindern, dass Papier zusammenklebt Kosmetik, Haarpflegeprodukte und Kontaktlinsenflüssigkeit werden mit radioaktiver Strahlung sterilisiert 10 Der Elektronenbeschleuniger liefert die zur Sterilisierung nötige Strahlung

11 Gliederung I. Einleitung 11 II. III. IV. Kerntechnik in der Industrie und Wirtschaft Kerntechnik in der Medizin Kerntechnik im Ernährungsbereich V. Kerntechnik bei sonstigen Anwendungen

12 Radioisotope für die Diagnostik Molybdän-99/Technetium-99m ist das wichtigste Radioisotop in der Diagnostik Deutschland verbraucht ca. 10 Prozent des weltweiten Bedarfs Technetium-99m hat eine Halbwertzeit von nur 6 Stunden Weltweit gibt es nur sieben Anlagen zur Produktion von Mo-99, keine in Deutschland Am FRM II in Garching soll eine Anlage in diesem Jahr in Betrieb gehen 12 Molybdän-99 Versorgungskette (Bild: FRM II/TUM)

13 Beispiele aus der Diagnostik Szintigramm der Schilddrüse Quelle: TUM Szintigraphie Bildgebendes Diagnoseverfahren, bei dem radioaktive Stoffe (Arzneimittel) in den Körper des Patienten eingebracht werden 16-Zeilen-Multidetektor-CT Computertomographie Medizinisches Verfahren zur Darstellung von Körperstrukturen mit Hilfe der Röntgenstrahlung 13 Kerntechnik basierte Diagnostik ist für eine moderne Medizin unverzichtbar Über 125 Millionen Röntgenuntersuchungen pro Jahr in Deutschland Ca. 3 Millionen nuklearmedizinische Untersuchungen pro Jahr

14 Krebsbehandlung 14 Die Strahlentherapie (Radiotherapie) ist neben Operation und Chemotherapie die dritte Säule der modernen Krebstherapie Über Patienten werden in Deutschland pro Jahr behandelt Etwa jeder zweite Krebspatient erhält im Laufe der Erkrankung eine Strahlentherapie Das modernste Cyberknife Gerät M6 und InCise MLC (Multileaf Collimator), Europäisches Cyberknife Zentrum München- Großhadern, Deutschland (Stand 2015)

15 Gliederung I. Einleitung 15 II. III. IV. Kerntechnik in der Industrie und Wirtschaft Kerntechnik in der Medizin Kerntechnik im Ernährungsbereich V. Kerntechnik bei sonstigen Anwendungen

16 Entwicklung neuer Pflanzensorten 16 Mutagenese: Gezielte Erzeugung von Mutationen mit Hilfe von Strahlung, die als Katalysator eines natürlichen Mutationsprozesses von Pflanzen-Sorten dient Mehr als neue Pflanzensorten haben Marktreife erreicht Nahezu die gesamte globale Pfefferminzölproduktion (Pilzresistenz) und fast die gesamte europäische Gerste (kürzere, stabilere Stängel) gehen auf Mutagenese zurück Bangladesch hat seine Reisproduktion dank der neuen Sorte Binadhan-7 verdreifacht

17 Bestrahlung von Lebensmitteln und Verpackungen 17 Bestrahlung mit Gamma-, Röntgenstrahlung oder beschleunigten Elektronen erhöht die Haltbarkeit, verhindert das Sprossen, verlangsamt die Reifung und töten gesundheitsschädliche Mikroorganismen ab Becher, Deckel, Verschlüsse, Folien und andere Verpackungsmaterialien für Lebensmittel lassen sich mit Strahlung in Bruchteilen von Sekunden zuverlässig entkeimen, auch mehrere Lagen gleichzeitig In Deutschland dürfen lediglich getrocknete aromatische Kräuter und Gewürze bestrahlt werden

18 Gliederung I. Einleitung 18 II. III. IV. Kerntechnik in der Industrie und Wirtschaft Kerntechnik in der Medizin Kerntechnik im Ernährungsbereich V. Kerntechnik bei sonstigen Anwendungen

19 Spintronik kleiner Super-Speicher 19 Spintronik nutzt den Elektronenspin mit zwei möglichen Ausrichtungen zur Datenspeicherung und -verarbeitung Die erforderliche Forschung auf atomarer Ebene findet unter anderem mit NREX statt: Ein hochauflösendes Neutronen- / Röntgenkontrastreflektometer, das vom Max Planck Institut für Festkörperforschung in Garching am FRM II betrieben wird. Das Instrument ist geeignet, die strukturellen und magnetischen Eigenschaften von Oberflächen, Grenzschichten und dünnen Filmen zu bestimmen. NREX W. Schürmann, TUM

20 Untersuchungen von Kunstgegenständen und Fossilien 20 Prophetenkopf von der Florenzer Paradiespforte Prompte-Gamma- Aktivierungsanalyse Neutronenbestrahlung ermöglicht die Zusammensetzung des Materials zu erfahren Rhinocerus, Albrecht Dürer, Holzschnitt, 1515 Micro-Röntgenfluorenszenzanalyse Bestrahlung von Messflecken verrät die chemische Farbzusammensetzung Gletschermumie Ötzi C14-Methode Messung des Kohlenstoffisotops lässt das Alter bestimmen

21 Weltraumforschung Seit 1977 unterwegs: Raumsonden Voyager 1 & 2 Jeweils 3 Radioisotop- Generatoren werden die Sonden bis 2025 mit Strom versorgen Durch den Zerfall von Plutonium entsteht Wärme, die in Strom umgewandelt wird Voyager 1 21 Radioisotope Thermoelectric Generator