Militairen enthousiast over elektrisch kanon Militairen zijn laaiend enthousiast over de elektromagnetische railversneller die in de Delftse afdeling pulsfysica van het Prins Maurits-laboratorium TNO in proefopstelling staat. Door toepassing van elektromagnetisme kan een projectiel met een 'railgun' veel sneller en preciezer worden afgevuurd dan ooit mogelijk zal zijn met kruit. Ideaal voor het neerhalen van laagvliegende jagers, geleide wapens of buiten gevecht stellen van zwaar gepantserde tanks. Het afvuur- of beter gezegd, het lanceerplatvorm is zelf veel veiliger omdat het wapen geen explosieven nodig heeft. Het lanceerproces leent zich verder prima voor robotisering, hetgeen bij tegenaanvallen nogal wat slachtoffers bespaart. En de projectielen zijn ook nog eens een stuk goedkoper dan de 'ouderwetse' granaten. Samen met de Amerikaanse overheid heeft TNO 24 miljoen gulden uitgetrokken om in Delft studie te verrichten naar de toepassingsmogelijkheden van elektromagnetisme. "Over tien jaar moeten er mijlpalen bereikt zijn", zegt dr. W. J. Kolkert, leider van het project. Dr. W. J. Kolkert met zijn railkanon in het Prins Maurits-laboratorium van TNO. --- Satelliet Die mijlpalen zouden overigens best wel eens op een heel vreedzaam vlak kunnen liggen. Want even gemakkelijk als een granaat, kan met behulp van deze techniek ook een satelliet de ruimte in worden geschoten. En ingebouwd in een raket komen dankzij de railversneller nu nog ver gelegen planeten ineens een stuk dichter bij het menselijk bereik. Halverwege de jaren '80 droeg dr. Kolkert een belangrijke steen bij in de ontwikkeling van het Strategie Defense Initiative (SDI), dat als het Starwars-project nogal wat stof deed opwaaien. Toen hij weer terugkeerde bij TNO, pleitte hij voor onderzoek op het gebied van pulsfysica en haar toepassingen. Het onderzoekcentrum had niet zoveel bedenkingen tegen deze plannen, omdat op dat vlak in Nederland geen kennis aanwezig was. Maar ook omdat de Verenigde Staten toegezegd hadden om voor vijf miljoen dollar in de kosten te zullen bijdragen. Dat leidde in 1988 tot de oprichting van de afdeling pulsfyscia. De eerste resultaten zijn binnen. Al kort na de opening lukte het in de proefopstelling door middel van elektro-magnetische kracht stukjes aluminium met een gigantische snelheid weg te schieten. Tweede wapenfeit: in het laboratorium ontwikkelden de wetenschappers een bipolaire batterij die in een fractie van een seconde zijn opgeslagen energie kan vrijmaken. En daar zat de technische wereld net op te wachten. Want zo'n 'emmertje stroom' datje in een keer kunt leeggooien, is essentieel voor de hele pulstechniek en in het verlengde daarvan het railkanon "Er is een breed scala van civiele toepassingen voor pulstechniek en de mogelijkheden van de railversneller. Om die redenen wilde TNO aan het onderzoek beginnen. Daarnaast was er de financiële bijdrage van de Verenigde Staten die vooral geïnteresseerd waren in de onderzoeksresultaten met de versneller. Dus hebben we in Delft eerst maar een railversnellersysteem gebouwd. Je moet toch ergens beginnen", vertelt Kolkert in zijn door veiligheidsmaatregelen omgeven Delftse kantoor. Strakke bordjes waarschuwen de bezoekers dat in het laboratorium de wet op de staatsgeheimen van toepassing is. En met enige verontschuldiging wordt de juistheid van de identiteit der bezoekers gecontroleerd. Fotograferen is verboden. "Nou ja, zeg maar watje op de plaat wilt zetten. Dan kijk ik wel of het kan", grijnst Kolkert, staande naast het geheime lanceersysteem dat voor een leek niet veel meer weg heeft dan een in stukjes gehakte aluminium buis met draadjes. "Bezig zijn met de dingen die zich voordoen aan de kim van de wetenschap", zo noemt Kolkert zijn werk. Het onderzoek in het TNO-laboratorium is gloednieuw en grenzenverleggend. Toch is elektromagnetische energie al sinds de vorige eeuw bekend. En aan het begin van deze eeuw demonstreerde de Noorse geleerde Kristian Birkeland de werking daarvan in de praktijk. Hij vroeg zelfs een patent aan voor zijn elektromagnetisch kanon. De geleerde kampte echter met het probleem dat voor een goede werking in een korte tijd, energie met een uiterst hoge stroom beschikbaar moet zijn. Pas in 1978 kwam een Amerikaans geleerde met een generator op de markt die de benodigde energie bij stroompulsen van vele miljoenen ampères naar believen kon leveren. Kolkert: "Het is mogelijk daarmee een gepulst magnetisch veld op te bouwen dat goed gericht en gedoseerd, materialen zou kunnen bewerken. Verder is het met behulp van deze techniek mogelijk uiterst precieze lassen te maken. Zo is er een groot aantal processen te bedenken waardoor de efficiëntie aanmerkelijk groter wordt als de benodigde energie niet continue maar gepulst wordt aangevoerd. De beheersbaarheid wordt veel groter." Het principe van een hyperkanon gebaseerd op de railversneller berust op de zogenoemde Lorentzkracht. De lanceerinrichting bestaat uit twee rails waarover een bewegend deel gaat; de armatuur. Door die onderdelen onder stroom te zetten, ontstaat een magnetisch veld, dat samen met de stroom die armatuur naar voren drukt. Als voor dat bewegende deel een voorwerp wordt geplaatst, zal dat met de zelfde snelheid worden voortbewogen. Hoe meer stroom er door de rail en de armatuur wordt geleid, hoe hoger de snelheid wordt. Militairen zijn vooral daarom in dit hyperkanon geïnteresseerd. Want niet alleen de veel grotere vuurkracht is interessant, juist de regelbaarheid daarvan biedt de mogelijkheid tot uiterst precies schieten. --- Snelheidsgrens Bij het afvuren van projectielen zoals dat nu gebeurt, is de snelheidsgrens eigenlijk wel bereikt: 2000 meter per seconde. Het elektromagnetische kanon kan met de toepassing van de huidige materialen een snelheid van veertig tot vijftig kilometer per seconde scoren. "In ons onderzoek gaat de interesse uit naar snelheden tot drie tot vier kilometer per seconde. En het ziet ernaar uit dat het geen probleem voor ons is om dat te behalen", zegt Kolkert met enige trots. Snelheid is van groot belang bij het doorboren van pantserplaten. Als die maar groot genoeg is, kun je bij voorbeeld zelfs een kaars dwars door een deur heen schieten. Er zijn aangenamere perspectieven in de ruimtevaart. "Het is een dure grap om een satelliet de ruimte in te krijgen met behulp van een raket of een spaceshuttle. Theoretisch is het geen enkel probleem om zo'n kunstmaan met behulp van een railversneller in een baan om de aarde te krijgen", zegt Kolkert. "Ook het lanceren van bemande of onbemande raketten gaat veel eenvoudiger. Het is zelfs goed denkbaar om een railversneller in te bouwen in een raket. In plaats van een projectiel verschiet je bij voorbeeld plasma uit de versneller. De tegenwerkende krachten die daarbij ontstaan, zorgen dan voor de voorstuwing of de koerscorrectie van de raket." Dat de theorie van voortstuwing door middel van elektromagnetisme haalbaar is, hebben de wetenschappers in Delft al onomstotelijk bewezen. Het gaat er nu om dat het apparaat geschikte afmetingen krijgt om het in de praktijk te gebruiken. Want voorlopig past een goedwerkende railversneller nog niet echt in een tank of een raket. Arnoud Cornelissen --- WETENSCHAP VISUEEL Laser plasma Voorbeeld van een laser plasma, opgewekt door een frequentie verdubbelde lichtpuls van een hoogvermogen vaste stof laser op een trefplaatje te focusseren. De foto toont een trefplaatje van tantaan met een doorsnede van vjjf centimeter. De hete kern van dit plasma vormt een zeer heldere bron van zachte röntgenstraling. Deze straling is geschikt voor röntgenspectrografie aan oppervlakken en dunne folies en voor het lithografisch afbeelden van submicron structuren ten behoeve van de fabricage van halfgeleiderschakelingen. (FOM Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, Nieuwegein, foto Fred Bijkerk.) --- Eerste experiment met gentherapie In de Verenigde Staten is het eerste officieel goedgekeurde onderzoek bij mensen van start gegaan die behandeld worden via gentherapie. Het gaat om een experimentele behandeling van kinderen met een ernstig tekortschietend afweersysteem. Het eerste patiëntje is onlangs ingespoten met witte bloedcellen waarin een nieuw gen (voor het enzym ADA) is ingebracht. Het onderzoek staat onder leiding van dr. W. French Anderson en dr. R. Michael Blaese. Al jaren wordt beweerd dat gentherapie „op niet al te lange termijn tot de mogelijkheden behoort. Lange tijd afgedaan als speculatie wordt gentherapie nu toch daadwerkelijk in de kliniek onderzocht. Er zijn nogal wat mensen die huiverig staan tegenover deze vorm van genetische manipulatie bij mensen. Deze kritische houding wordt in grote lijnen ingegeven door twee 'knelpunten', In de eerste plaats geldt het de manier waarop het nieuwe gen in de doelcellen wordt gebracht. Dat gebeurt door middel van 'kreupel gemaakte' retrovirussen. In de tweede plaats kan men (nog) niet de plaats bepalen waar het ingebrachte gen in het erfgelijke materiaal van de nieuwe cel terechtkomt. En wie zegt dat het nieuwe gen niet een kankergen 'wakker maakt' en daarmee kanker veroorzaakt? In Nederland houdt met name de onderzoeksgroep van dr. D. Valerio, verbonden aan het Instituut voor Toegepaste Radiobiologie en Immunologie (ITRI) van TNO, zich bezig met het onderzoek van gentherapie. Valerio concentreert zich op het inbrengen van het gen dat de genetische code draagt voor het enzym adenosine deaminase (ADA). Met hetzelfde gen experimenteren de Amerikanen Anderson en Blaese. Valerio wil het ADA-gen niet alleen in lymfocyten, maar ook in de stamcellen vdn het bloed inbrengen. Valerio: "Dat is in feite veel aantrekkelijker. Uit stamcellen ontstaan steeds opnieuw 'gezonde' lymfocyten. Je hoeft dan maar éénmaal genetisch gemanipuleerde cellen in te spuiten. En niet om de twee, drie maanden. Lange tijd wilde het echter maar niet lukken een actief gen in stamcellen naar binnen te loodsen. Kortgeleden zijn wij er echter in geslaagd het ADA-gen in te bouwen in stamcellen van zowel muizen als rhesusapen. Bij rhesusapen hebben wij twee tot drie maanden na de gentherapie in het bloed meetbare hoeveelheden van het enzym gevonden." Klinische experimenten met genetisch gemanipuleerd beenmerg zijn in Nederland op (heel) korte termijn nog niet te verwachten, zegt hij. "Wij willen het systeem eerst bij een grote groep apen goed hebben uitgezocht." Toch denkt hij dat het over een jaar of vijf wel zover is. Valerio is ook betrokken bij een onderzoek van de Leidse onderzoekers prof. dr. A. J. van der Eb en dr. ir. H. van Ormondt die geïnteresseerd zijn in het inbouwen van het gen voor factor VIII. Patiënten met bloederziekte of hemofilie hebben voor die factor een 'foutief gen. Het is in Rijswijk echter nog niet gelukt dit zeer complexe eiwit door genetisch gemanipuleerde stamcellen te laten maken. Volgens de TNO-onderzoeker liggen de mogelijkheden voor gentherapie vooral op het gebied van erfelijke bloedziekten. Het enzym ADA is daar een goed voorbeeld van. Wanneer een nieuw ADA-gen in de witte bloedcellen kan worden ingebouwd, is de aandoening verholpen. "Naast het genetisch veranderen van beenmerg- of bloedcellen kan ook gedacht worden aan het inbrengen van genen in andere cellen die kunnen worden getransplanteerd. Ik denk bijvoorbeeld aan levercellen, huidcellen en aan endotheelcellen, die de binnen bekleding van onze bloedvaten vormen." De Groninger hoogleraar in de Medische Genetica, prof. dr. C. H. C. M. Buys, staat nogal sceptisch tegenover gentherapie. "Ik denk dat de mogelijkheden om op deze wijze erfelijke ziekten te genezen beperkt zijn. Bovendien houd je het probleem dat bij een zwangerschap het kind weer het risico loopt op een afwijkend stukje DNA." Henk Hellema --- Wetenschap Straling kan zout laten exploderen • TT et feit dat in het ■—I mededelingenbulletin JL JL van de commissie Integraal Landelijk Onderzoek Nucleair Afval (ILONA) geen aandacht wordt geschonken aan het voorkomen van explosieve reacties bij recombinatie van stralingsschade in steenzout, is waarschijnlijk gebaseerd op de angst voor soortgelijke reacties onder de Nederlandse bevolking.' Zo luidt een stelling van drs. Jacob Grootte (29) en drs. Hans Robert Weerkamp (30) bij hun gezamenlijke proefschrift over stralingsschade in steenzout, waarop zij vrijdag 19 oktober aan de Groninger universiteit promoveren tot doctor in de wiskunde en natuurwetenschappen, liet is nog steeds niet doorgedrongen tot alle onderzoekers op het gebied van stralingsschade in steenzout, dat het voorkomen van onzuiverheden daarin van zeer grote invloed is op de totaal gevormde schade', luidt een andere stelling. De Groninger natuurkundige prof. dr. H. W. den Hartog kwam eerder in het nieuws en stevig in aanvaring met het Energie-onderzoek Centrum Nederland (ECN) met zijn stelling, dat het dumpen van heftig stralend en warmte afgevend radio-actief kernsplijtingsafval in (noordelijke) zoutkoepels tot explosies in het steenzout kan leiden. De radio-actieve straling doet zout (NaCl) uiteenvallen in atomen natrium en chloor. Als die weer met elkaar reageren (recombinatie) komt een grote hoeveelheid, in het zoutkristal opgeslagen energie vrij. Zijn onderzoek werd, niet zonder moeite, onderdeel van het onderzoeksprogramma Opia (Op Land) van de regering. Dra. Grootte en drs. Weerkamp zijn de eersten, die op dit onderzoek onder zijn leiding promoveren. Bij dat onderzoek werden, als eerder gemeld, zoutkristallen bestraald onder laboratoriumcondities. Zoutkristallen met een verontreiniging van kalium bleken zichzelf met de vrijkomende energie 'op te warmen' bij ongeveer 300 graden Celsius. 'Het bleek', aldus de promovendi in hun proefschrift, 'dat sommige zwaar bestraalde kristallen explodeerden tijdens de meting of zelfs tijdens de bestraling.' Een probleem is hoe deze laboratoriumsituatie te vertalen naar een werkelijke in een opbergmijn in een zoutkoepel. De beide natuurkundigen maakten daarvoor een model, gebaseerd op het reeds bestaande model Jain-Lidiard. Zij berekenden dat dan in de werkelijke situatie de hoeveelheid stralingsschade nog aanzienlijk toeneemt. 'Bij een plotseling vrijkomen van de hieraan gekoppelde energie betekent dit mogelijk een temperatuurstijging van het omringende zout met 1500 graden Celsius. Daardoor kunnen thermische schokgolven ontstaan met als mogelijk gevolg behoorlijke scheuren. Een preciese voorspelling is echter met de huidige kennis nog niet te maken,' aldus de promovendi in hun proefschrift. Kees Wiese --- Radioactieve bronnen ongeteld Analyse Precieze gegevens over hoeveelheid en samenstelling van het radioactieve afval dat jaarlijks in Nederland wordt geproduceerd, zijn niet bekend. Wel weten we dat voor veel radioactieve stoffen die worden toegepast in de industrie, onderzoekcentra en ziekenhuizen niet-radioactieve stoffen beschikbaar zijn. Dat staat in de nota 'Een verkenning van de alternatieven voor de in Nederland gebruikte radionucliden' van drs. David de Jager van de Stichting Natuur en Milieu. Het ministerie van Milieubeheer heeft opdracht tot deze studie gegeven en onderzoeker De Jager begeleid. Ditzelfde ministerie moet vergunningen voor toepassingen van radioactiviteit verlenen. Daarom is het opmerkelijk dat De Jager concludeert: "Exacte gegevens over de samenstelling en grootte van het radioactief afval dat jaarlijks in Nederland ontstaat zijn niet bekend. Dit komt doordat niet in alle gevallen exact wordt bijgehouden wat de samenstelling van het afgevoerde afval is." Hooguit de orde van grootte van het afval is bekend. Op de vraag van De Jager aan de afdeling Vergunningen van het ministerie van Milieubeheer of het aantal radioactieve bronnen toeneemt, werd geantwoord dat "de indruk bestaat dat het aantal bronnen nog steeds toeneemt, echter in geringe mate." Globaal gaat het in Nederland om 22.000 bronnen voor toepassing in industrie, onderzoek en ziekenhuizen. Bij industriële toepassingen betreft het vooral bronnen voor meet- en regeltechniek. Een belangrijke medische toepassing is de nucleaire therapie. Daarbij dient men plaatselijk aan bijvoorbeeld een tumor een hoge stralingsdosis toe om de tumor te vernietigen. Ook wordt patiënten radioactieve stoffen toegediend, die zich in het lichaam verdelen en daar straling uitzenden. Deze straling kan men waarnemen en onderzoeken. Naast dit gebruik in onderzoek en industrie worden radioactieve bronnen toegepast in rookmelders. Daarvan waren er in 1975 in Nederland 120.000, terwijl dat nu opgelopen is tot 800.000, met nog steeds een groei van 100.000 per jaar. Industrie en onderzoekcentra leveren jaarlijks zo'n 400 kubieke meter radioactief afval. Bij ziekenhuizen gaat het om een zelfde hoeveelheid. Versleten rookmelders geven een onbekende hoeveelheid radioactief afval. Van de toegepaste bronnen in de industrie is weliswaar bekend dat een gedeelte na gebruik door de producent in het buitenland voor hergebruik of opslag terug wordt genomen, maar van deze terugnames worden geen statistieken bijgehouden. De meeste radioactieve bronnen komen uit het buitenland (Canada, Verenigde Staten, Groot-Brittannië, Frankrijk en Duitsland). Bij cesium- en strontium-bronnen zijn de gebruikte brandstofelementen van kerncentrales de uitgangsstof. Uit de gebruikte brandstof worden in een opwerkingsfabriek behalve plutonium en uranium ook cesium en strontium afgescheiden. Andere bronnen worden gemaakt met behulp van de neutronenstraling van kernbrandstof. Op deze wijze worden bronnen als cobalt en americium gevormd. Uit het onderzoek van De Jager komt naar voren dat zeventig percent van de radioactiviteit van de bronnen vervangen kan worden door niet-radioactieve technieken of door radioactieve stoffen die minder dan 150 jaar een risico opleveren. Het gaat hier vooral om de vervanging van americium-bronnen, een stof die 4320 jaar een stralingsrisico geeft. Het is dit americium dat behalve in de industrie ook in rookmelders wordt toegepast. Om te voorkomen dat americium in het milieu terechtkomt, moeten volgens De Jager de voorhanden alternatieven worden toegepast of - als dit niet kan — moet er statiegeld op de bronnen komen, zodat ze weer worden ingezameld. Herman Damveld ---