Nya rön om kärnreaktioner i olika grundämnen
Medicinsk protonterapi av cancer och frågan om kärnavfallets hantering är två områden där det är viktigt att förstå hur partiklar orsakar kärnreaktioner i olika material. Mattias Lantz presenterar i sin avhandling nya mätningar och modeller som bidrar till bättre kunskap på dessa områden. Disputationen äger rum den 25 maj.
I dagens samhälle finns det flera praktiska ämnesområden där man behöver bättre kunskap om kärnpartiklars egenskaper när de passerar genom olika slags material och grundämnen. Mätresultaten och de teoretiska modellerna i Mattias Lantz avhandling är viktiga för tillämpningar inom exempelvis medicinsk strålbehandling av cancertumörer, inom astronomi för bättre förståelse av hur stjärnor bildas och för studier av hur så kallad acceleratordriven transmutation kan reducera mängden radioaktivt kärnkraftavfall.
Mattias Lantz har studerat förmågan hos två olika partiklar, protoner och helium-3, att orsaka en kärnreaktion i olika grundämnen. Bland annat har han studerat effekten på kol, som är den viktigaste beståndsdelen i våra kroppar, och bly, som är ett tänkbart material i en reaktor för transmutation. Vid protonterapi mot cancertumörer vill man till exempel att protonerna ska leda till jonisering av atomer och en kemisk reaktion som förstör cancerceller. Men det sker också kärnreaktioner som skadar.
– Om man förstår dessa reaktioner bättre kan man optimera behandlingen så att skador på andra celler minimeras, säger Mattias Lantz.
I en eventuell framtida reaktor för transmutation kan en partikelaccelerator användas för att skjuta in protoner i exempelvis ett blyblock i syfte att få loss neutroner som driver på kärnreaktionen. Det finns redan idag modeller för hur sådana kärnreaktioner kan se ut, men för vissa parametrar är inte noggrannheten tillräckligt hög.
– När det handlar om system som kan vara farliga ställs självklart mycket höga krav på noggrannhet, säger Mattias Lantz.
Avhandlingen innehåller också upptäckten att helium-3 ger samma resultat som helium-4 när partiklarna har samma hastighet. Detta motsäger tidigare antaganden om att antalet protoner och neutroner i kärnan är avgörande. Genom att istället betrakta atomkärnornas ytstruktur som avgörande har Mattias Lantz tagit fram en ny modell, med vilken han sedan kunnat förutsäga resultatet när protoner kolliderar med olika grundämnen.
Mätningarna, som också jämförts med teoretiska beräkningar, har utförts vid The Svedberg-laboratoriet i Uppsala och vid iThemba-laboratoriet utanför Kapstaden i Sydafrika. Arbetet har genomförts inom ramen för det så kallade Sigma-R projektet vid institutionen för strålningsvetenskap.
Bildtext: Med vågmekaniska beräkningar har en bild av var i atomkärnan en kärnreaktion äger rum tagits fram. Bilden visar absorptionen av helium-3 i en kolatom. De röda områdena visar var absorptionen är som starkast, nämligen i atomkärnans yta samt i en punkt i bakre delen av atomkärnan.
Kontaktinformation
Mattias Lantz kan nås på 018-471 34 41, eller via e-post mattias.lantz@tsl.uu.se
