Fragen Sie The Observer: Was passiert im Strahlenforschungslabor? // Der Beobachter

Bella Laufenberg | Monday, December 5, 2022

Geschrieben von Bella Laufenberg, mit Beiträgen von Peter Breen und Spencer Kelly.

Das Radiation Research Lab ist eine rätselhafte Präsenz auf dem Campus der Universität. Das imposante, aber unauffällige Gebäude liegt zwischen der Hesburgh-Bibliothek und dem Notre-Dame-Stadion, ist drei Stockwerke hoch auf dem Rasen der Bibliothek und verblüfft viele Passanten.

Nukleare Anfänge

Das Radiation Research Building wurde 1963 erbaut, aber das Labor wurde tatsächlich schon viel früher gegründet, und zwar schon in der Zeit des Manhattan-Projekts. Notre Dame entstand vor den 1940er Jahren und war eine der Pionieruniversitäten, die ihre eigenen Teilchenbeschleuniger entwickelten.

Aufgrund mangelnder Finanzierung und Ressourcen machten sich die Notre-Dame-Physiker George Collins und Edward Coomes zusammen mit dem Elektrotechnik-Professor Jose Caparo 1935 daran, einen eigenen Teilchenbeschleuniger zu bauen. Dieses große Gerät, früher als „Atomzertrümmerer“ bekannt, " war in der Cushing Hall of Engineering untergebracht, die heute mit der Fitzpatrick Hall of Engineering in der Nähe der DeBartolo Hall kombiniert ist.

Im Jahr 1941 wurde ein zweiter Teilchenbeschleuniger in der Science Hall – dem heutigen Keller des LaFortune Student Center – errichtet, und der dritte wurde 1935 in der damals neu errichteten Nieuwland Hall aufgestellt. Die Fertigstellung des zweiten Teilchenbeschleunigers fiel jedoch mit dem zusammen Der Beginn des Zweiten Weltkriegs wurde daher schnell von der US-Regierung bemerkt. Wissenschaftler anderer Universitäten, beispielsweise der University of Chicago, an der viele Forscher des Manhattan-Projekts arbeiteten, kamen nach Notre Dame, um mit diesen High-Tech-Beschleunigern zu arbeiten.

Die Forscher fuhren mit dem Zug der South Shore Line zur Universität und warfen alle Studenten aus der Halle, während sie ihre Experimente durchführten. Es gibt Debatten darüber, ob die Experimente im Schutz der Nacht oder tagsüber durchgeführt wurden, aber es ist bekannt, dass der Teilchenbeschleuniger Science Hall für Experimente zur Entwicklung der Atombombe verwendet wurde.

Nach dem Krieg wandten sich die Forscher von Notre Dame der konfliktfreien Nutzung nuklearer Strahlung zu. Das Radiation Lab, wie es heute genannt wird, wurde erstmals 1949 von Forschern des Laborteams des Manhattan Project der University of Chicago gegründet. Etwa zu dieser Zeit, Ende der 1950er Jahre, firmierte die Gruppe unter dem Namen „Radiation Chemistry Project“. Daraus entstand das „Radiation Project“, und schließlich wurde 1960 das „Radiation Lab“ geboren.

Allerdings war die Forschung immer noch hauptsächlich im Keller der Science Hall angesiedelt, und diese neuen Unternehmungen und die neue Führung unter Milton Burton führten 1963 zum Bau des Radiation Research Building auf einem von der Universität gepachteten Grundstück.

Friedliche Transformation

Nach der Fertigstellung des Strahlungsforschungsgebäudes boomte die Kernenergieforschung an der Universität. Dieses hochmoderne Labor ist drei Stockwerke hoch und verfügt über einen Vollkeller, der für die Lagerung großer Versuchsgeräte geeignet ist. Es ist etwa 64.000 Quadratmeter groß und damit größer als das Weiße Haus.

In der Sommerausgabe 1962 des Notre Dame Magazine wurde das neue Gebäude mit den Worten angekündigt: „Der Bau ist neuartig und aufregend und verspricht architektonisch sehr beeindruckend zu werden.“

Das gesamte Gebäude befand sich bis zum 1. November 2022 im Besitz des US-Energieministeriums und wurde von diesem finanziert, als es offiziell in Notre-Dame-Eigentum überging. Das Labor erhält immer noch jährlich rund 4 Millionen US-Dollar an Fördermitteln von der Regierung.

Das Radiation Lab besitzt und nutzt bis heute Teilchenbeschleuniger, von denen sich drei direkt außerhalb der Außenwand des Gebäudes unter der Erde befinden. Mit den Beschleunigern, einem Linearbeschleuniger und zwei Van-de-Graaff-Beschleunigern, wird Strahlung in Proben geschossen, sodass Wissenschaftler anschließend die Auswirkungen der Strahlung in verschiedenen Experimenten analysieren können. Das Labor verfügt derzeit außerdem über drei direkte Quellen für radioaktives Material, die jeweils in zentimeterdickem Blei eingeschlossen sind.

Jay LaVerne, gleichzeitig Professor für Physik und Strahlungslaborforscher, erklärte, dass die Universität derzeit insgesamt „mindestens“ sieben Teilchenbeschleuniger besitze. Von den vier, die nicht im Labor sind, sind drei in der Abteilung für Physik und einer befindet sich eine Meile unter der Erde in einer Mine in South Dakota, um Reaktionen ohne die zusätzliche kosmische Strahlung der Sonne zu untersuchen.

Der derzeitige Leiter des Labors, Ian Carmichael, sagte, dass das Labor zwar Beschleuniger und andere Strahlungsquellen beherberge, für die Öffentlichkeit jedoch völlig sicher sei.

„Wenn [die Beschleuniger] eingeschaltet sind, ist die Strahlung eingeschaltet. Aber wenn sie ausgeschaltet sind, ist die Strahlung ausgeschaltet“, erklärte er. „Sie sind keine langfristigen Strahlungsquellen.“

Obwohl das Gebäude sicher ist und die Beschleuniger fußhoch aus Beton und Erde untergebracht sind, ist es tödlich, neben einem laufenden Beschleuniger gefangen zu werden, ebenso wie der Kontakt mit radioaktivem Material im Keller.

LaVerne sagte dem Observer scherzhaft, dass die Leute das Gebäude sicher verlassen.

„Ich weiß, dass es das Gerücht gibt, dass Leute ins Labor gehen und nicht rauskommen, aber das stimmt nicht“, versicherte er.

Er erwähnte auch einen Running Gag, den es jeden Winter gibt und bei dem ein Student außerhalb des Labors einen Schneemann mit zwei Köpfen baut, als ob er sich durch die Strahlung verändert hätte.

Abgesehen von dem, was außerhalb des Labors passiert, beherbergt das Gebäude viele berühmte Strahlungswissenschaftler wie Prashant Kamat, einen Spezialisten für Ladungsübertragungsprozesse und Energieumwandlung, der von Research.com zu einem der 50 besten Chemiker ernannt wurde und auf Platz 31 der US-Chemiker rangiert und 45. in der globalen Rangliste, sagte Autorin Rebecca Hick in der Notre-Dame-Ankündigung. Während seiner 44 Jahre an der Universität hat LaVerne, der kürzlich in die erste Klasse der Fellows der Radiation Research Society aufgenommen wurde, an unzähligen Projekten gearbeitet, hauptsächlich im Zusammenhang mit der Sicherheit von Kernreaktoren.

„Wir beschäftigen uns mit Reaktoren: Wie sicher sind sie? Können wir dafür sorgen, dass sie besser laufen? Können wir dafür sorgen, dass sie länger halten? Viele der heute existierenden Reaktoren nähern sich dem Ende ihrer Lebensdauer. [Das Energieministerium] möchte verlängern.“ ihre Lebensdauer. Und können wir das sicher tun?“ er hat gefragt.

Auf die Frage, wie er mit Kernreaktoren arbeitet, ohne sich in der Nähe eines solchen zu befinden, erklärte LaVerne, dass sie Hochdruckzellen verwenden, um Wasser auf Reaktortemperaturen zu erhitzen und im Gegenzug die spezifische Chemie bei diesen Temperaturen zu untersuchen.

LaVerne hat auch Nebenprojekte, in denen er mit Strahlung im Weltraum und in Mondgestein arbeitet, und sagt, dass er regelmäßig mit Unternehmen wie SpaceX kommuniziert, das versucht, Menschen zurück zum Mond und zum Mars zu schicken.

Hinter den Wissenschaften

Das Arbeitspferd hinter vielen der wichtigsten Entdeckungen des Strahlungslabors sind ihre beiden Werkstätten – die wissenschaftliche Glasbläserei und die Maschinenwerkstatt.

Die Maschinenwerkstatt befindet sich im Keller des Labors. Es erstreckt sich über zwei große Räume und beherbergt eine Vielzahl technischer Werkzeuge wie Flachschleifmaschinen, Bohrmaschinen, Sägen, Schweißgeräte, CNC-Technik und einen CO2-Laser. Die Projekte im Shop umfassen 3D-Druck, CAD-Design, Lasergravur, Maschinenberatung, Instrumentenmontage und -änderungen.

Der Laden wird von Programmmanager Joe Admave geleitet, einem besonderen Typ von professionellem Handwerker, der als „Geselle“ bezeichnet wird. Er arbeitet an vielen verschiedenen Projekten, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Labors, was sein liebster Teil des Jobs ist.

„Mir gefällt an [dem Job], dass man nie weiß, was durch diese Türen kommt“, sagte er. „Es ist jeden Tag etwas Neues.“

Admave leitet den Laden nun seit rund 11 Jahren und bezeichnete sich selbst mit Zustimmung von LaVerne als „Einhorn“.

„Ich bin wie ein Alleskönner“, erklärte er. „Es ist heutzutage sehr selten, jemanden zu finden, der sich in all diesen Berufen auskennt.“

Die Glasbläserwerkstatt hingegen befindet sich im ersten Stock und wird von der landesweit bekannten Glasbläserin Kiva Ford geleitet, die einen Hochschulabschluss in wissenschaftlicher Glasbläserei besitzt. Wie die Maschinenwerkstatt von Admave ist Ford seit mehreren Jahren im Labor tätig und arbeitet an einer Vielzahl von Projekten sowohl innerhalb der Universität als auch im ganzen Land. Seine technische Werkstatt beherbergt eine Präzisions-Nasstrennsäge, einen Nassbandschleifer, eine Korkbohrmaschine, eine Glasbläserdrehmaschine ESA-P und einen großen Konvektionsofen. Er stellt alles her, von Reagenzgläsern zur Teilchendetektion bis hin zu optischen Zellen für die Erforschung dunkler Materie.

LaVerne stellte fest, dass die Werkstätten maßgeblich an vielen großen Durchbrüchen im Labor beteiligt waren.

„Um neuartige Wissenschaft zu erreichen, braucht man neuartige wissenschaftliche Ausrüstung“, sagte er. „Ohne [die Geschäfte] wären viele unserer Entdeckungen nicht möglich gewesen.“

Kontaktieren Sie Bella unter [email protected].