Laboratorium voor Analytische Scheikunde

State of the art uitgerust kreeg het Laboratorium voor Analytische Scheikunde van Julien Hoste (1921-2011) in 1963 onderkomen op de nieuwe site “Instituut voor Nucleaire Wetenschappen” (INW) in de Proeftuinstraat. Met de kernreactor THETIS en vanaf 1977 het cyclotron beschikte het Labo, later de vakgroep Analytische Chemie, over een intense bron van neutronen, protonen, deuteronen en helium-3 en -4 (alfa) voor diverse toepassingen in het multidisciplinair wetenschappelijk onderzoek.

Kernreactor

De meest tot de verbeelding sprekende onderzoeksinfrastructuur op de site van het Instituut voor Nucleaire Wetenschappen was de kernreactor RR-BN-1, beter bekend onder de naam Thetis, naar een mythologische zeenimf. Ze lag inderdaad in een 7,5 meter diep waterbassin onder de grond, omgeven door grafietblokken. Thetis is er gekomen onder impuls van Julien Hoste, van 1958 tot 1987 directeur-diensthoofd van het Laboratorium voor Analytische Scheikunde, die rector Bouckaert overtuigde het aanbod van het Interuniversitair Instituut voor Kernwetenschappen (IIKW) van een initieel voor Belgisch Congo bestemde reactor te aanvaarden. Hij begreep dat een kernreactor een uniek instrument is voor de bepaling van zogenaamde spoorelementen, d.i. elementen in zeer lage concentratie, in allerlei monsters.
Thetis was van Belgische makelij, gebouwd door Belgonucléaire in 1963, en gefinancierd door het IIKW. De onderzoeksreactor was de enige aan een Belgische universiteit en stond ter beschikking van alle Belgische universiteiten. Er waren en zijn overigens maar een handvol universiteiten die over een eigen onderzoeksreactor beschikken. Het verleende Gent dus een uitzonderlijke onderzoekspositie. De brandstof voor de reactor was een hart van uranium-235, in volle Koude Oorlog geleverd door de Amerikanen. Het 5% verrijkte uranium was kostbaar maar niet bruikbaar voor bijvoorbeeld kernwapens.

Spoorelementanalyse

Hoofdtaak van Thetis sinds haar operationalisering in 1967, was ‘neutronenactivatieanalyse’ (NAA). Die techniek laat toe de aanwezige elementen (atomen) en hun hoeveelheid in een monster te bepalen: een staal werd via één van de 17 kanalen van Thetis bestraald en de gevormde radio-isotopen verraadde vervolgens hun identiteit en hoeveelheid. Het Thetis-onderzoek van 55 doctoraatsstudenten handelden over het optimaliseren van de analysemethodes en de identificatie van elementen in zowel de chemische, medische, biomedische sfeer als in de geologie, archeologie en milieusanering. Via de NAA-methode was het voor Luc Moens bijvoorbeeld mogelijk om te achterhalen welke marmermijnen werden gebruikt voor de productie van klassieke beeldhouwwerken: elke mijn heeft immers een uniek patroon aan spoorelementen. In het Labo ontwikkelde Frans De Corte eind jaren 1970, begin jaren 1980 bovendien de k₀ methode voor NAA, die alle relevante fysische constanten van de NAA omvat en wereldwijd geïmplementeerd wordt.

Milieuonderzoek: fijn stof in de Gentse kanaalzone en op de Zuidpool

Een belangrijke toepassing van Thetis was dat van onderzoek naar luchtverontreiniging door fijn stof, gestart door de latere directeur-diensthoofd Richard Dams in de jaren 1970. Het meten van vervuilende rook en gassen was anno 1972 reeds gestandaardiseerd routinewerk maar op het vlak van de identificatie van fijne stofdeeltjes in de lucht, hinkte België achterop waardoor het haar eigen luchtvervuilingsprobleem onmogelijk goed kon inschatten, laat staan remediëren. De eerste studies terzake van Richard Dams en Ronald Heindrycks naar de aanwezigheden van aerosolen in de Gentse kanaalzone gebeurden in 1971-1974. Onder andere Texaco, Sidmar en Volvo stonden dagelijkse monsternames gedurende twee jaar op hun sites toe. De leden van het Gents Actiecomitee voor het Leefmilieu hielpen met het verzamelen van de stalen. De studies betroffen enerzijds een methodologisch onderzoek naar de beste manier en filters voor monstername en -identificatie via neutronenactiveringsanalyse, maar toonden ook de enorme invloed aan van menselijke bedrijvigheid op het milieu.
Terwijl hun onderzoek liep, startte op basis van hun methodologische bevindingen aan de universiteiten van Gent en Luik en in opdracht van het Nationaal Centrum voor de Studie van de Luchtverontreiniging door Verbranding een nationale studie naar luchtverontreiniging in België. De bevinding dat de lucht sterk vervuild was, verbaasde niet bepaald in het sterk geïndustrialiseerde en op fossiele brandstoffen gebaseerde België. Dams werd de eerste directeur van de Emissie-inventaris van de overheid, die anno 2017 beheerd wordt door de Vlaamse Milieu Maatschappij, en zou een cruciale lesgever worden in de ‘milieuchemie’.
De identificatie van de vervuilende stoffen en een analyse van hun oorsprong en gedrag was slechts een eerste stap. Interdisciplinair onderzoek naar de effecten op mens, milieu en klimaat en naar remediëring en herstel moesten nog volgen. Het onderzoek naar aerosolen in de atmosfeer onder leiding van Willy Maenhaut zou de vakgroep onder andere naar de Zuidpool, Pacific, Zuid-Afrika, Israël, Zimbabwe, Tanzania, Hongarije, Brazilië en Waasmunster leiden. Het topniveau van zijn onderzoek ten tijde van klimaatopwarming wordt onder meer bevestigd door zijn toppositie van de citatieranking van Web of Science.

Ontmanteling van THETIS

In december 2003 werd THETIS na 37 jaar dienst definitief op non-actief gezet. De exploitatie en vooral de heffingen op de reactor waren onbetaalbaar geworden. De interesse van de vakgroep Analytische Chemie en van de andere universiteiten in nucleaire analysetechnieken was bovendien afgenomen. Vakgroepvoorzitter Dams, die eveneens in 2003 op rust werd gesteld, had het Laboratorium tijdig richting massaspectrometrie geleid die sporenanalyse mogelijk maakt zonder het opwekken van ioniserende straling en zonder het kostelijke prijskaartje. Ook Willy Maenhaut moest noodgedwongen andere methodes vinden voor zijn sporenanalyse en week uit naar het cyclotron in het aanpalende gebouw.

Cyclotron

In 1977 kreeg het Laboratorium voor Analytische Chemie met het cyclotron een bijkomend spectaculair maar een pak minder uitzonderlijk onderzoeksinstrument. Waar Thetis een bron was van neutronen, is het cyclotron een bron van protonen, deuteronen, helium-3 en helium-4 (alfa). De toepassingsmogelijkheden zijn bijgevolg nog een stuk uitgebreider. De deeltjes krijgen via 1000 baantjes in het cyclotron een zeer hoge energie, nodig om een kernreactie te veroorzaken. Het deeltje kan dankzij zijn hoge snelheid tot in de kern van een atoom geraken waaruit vervolgens wel of geen radio-isotoop ontstaat. Via deze simpele reactie is de identiteit en hoeveelheid van de aanwezige elementen op zeer betrouwbare wijze te achterhalen.

De protonen werden vanuit het cyclotron gekanaliseerd via zeven bestraallijnen naar de aanpalende bunkers voor telkens een andere onderzoekstoepassing. Net als Thetis kon het cyclotron gebruikt worden voor onderzoek naar luchtvervuiling. Een technologische toepassing was de certificatie van standaarden, de zg. referentiematerialen: via gespecialiseerde labo’s als dat van de UGent konden internationale referentiebureaus hun referentiematerialen certificeren voor de concentratie van spoorelementen, waarmee analytische en (geaccrediteerde) controlelabo’s hun analysemethoden vervolgens kunnen valideren.

PET-scanner

Maar de belangrijkste toepassing, waarvoor vijf van de zeven bestraallijnen werden ingezet, situeerde zich in de nucleaire geneeskunde. Radio-isotopen die ontstaan na kernreactie worden er gebruikt om biologisch belangrijke moleculen te merken. Eenmaal opgenomen in het lichaam kunnen de radio-isotopen met een PET-scanner gemeten worden in drie dimensies en in de loop van de tijd, zodat het gedrag van de gemerkte moleculen kan bestudeerd worden. De concentratie van een ’gemerkte’ glucosemolecule in het lichaam verraadt bijvoorbeeld de buitengewoon hoge metabolische activiteit van een tumor.
Omdat de gemaakte radionucliden een korte halveringstijd hebben (2 minuten tot 2 uur), stonden de eerste drie PET-scanners van de UGent vlakbij het cyclotron. De meeste patiënten kwamen dus naar het INW voor hun onderzoek. Het labo ontwikkelde en testte verschillende nieuwe gemerkte moleculen in samenwerking met onderzoekers uit de geneeskunde (nucleaire geneeskunde, neurologie, oncologie, cardiologie), diergeneeskunde, farmaceutische wetenschappen en ingenieurswetenschappen. Eenmaal een methode op punt stond, kon het routineus worden gebruikt in het Universitair Ziekenhuis van de UGent en sommige toepassingen konden zelfs gecommercialiseerd worden voor gebruik door andere ziekenhuizen in België en Noord-Frankrijk.

Ontmanteling

Het cyclotron is anno 2017 niet langer operationeel. De klinische, routineuze toepassing gebeurt tegenwoordig met behulp van het eigen compacte IBA cyclotron van het UZ. Net als Thetis moeten het cyclotron en haar aanpalende infrastructuur op de campus Proeftuin worden ontmanteld. Dat wordt de laatste opdracht van vakgroepvoorzitter Karel Strijckmans die sinds 1977 met het cyclotron van het INW onderzoek verricht, er in 1985 hoofd van werd en die in oktober 2017 op emeritaat gaat. Na de ontmanteling zal de vakgroep Analytische Chemie zelf geen nucleaire installaties meer hebben. De vakgroep heeft zich dan volledig teruggetrokken uit de Proeftuinstraat en werkt verder vanop De Sterre. Tegelijkertijd fuseert de vakgroep met de vakgroep Anorganische en fysische chemie tot de vakgroep Chemie.
 

Fien Danniau
vakgroep Geschiedenis
12 oktober 2017
 

Hoe verwijs je naar dit artikel?
Danniau, Fien. "Laboratorium voor Analytische Scheikunde." UGentMemorie. Laatst gewijzigd 12.10.2017. (http://www.ugentmemorie.be/artikel/laboratorium-voor-analytische-scheikunde)

Bronnen en Literatuur

Interview met Karel Strijckmans, 15 juni 2017, campus Proeftuinstraat UGent.

Study of National Air Pollution by Combustion. Progress Report 1972. Gent: Instituut voor Nucleaire Wetenschappen en Luik: Service de Chemie Médicale, Toxicologie et Hygiène, 1972.

Dams, Richard, Chantal Block en Julien Hoste. Study of National Air Pollution by Combustion: Final Report 1974. Gent: RUG. Instituut voor Nucleaire Wetenschappen, 1974.

De Corte, Frans. “Thirty Years of NAA Developments and Applications at the Thetis Reactor of the Institute for Nuclear Sciences, Gent.” Czechoslovak Journal of Physics 49 (1999) 247-254.

De Corte, Frans. “Exit reactor Thetis/Ghent (1967-2003): A recollection of its significant contribution to NAA and its leading role in the evelopment of the K0-standardization.” Journal of Radioanalythical and Nuclear Chemistry 271 (2007,1) 37-41.

Heindryckx, Ronald. Anorganische verontreiniging door aerosolen in de Gentse industriezone. Onuitgegeven doctoraatsstudie RUG, 1974.

Laes, Erik, Lakshmi Chayapathi en Gaston Meskens. Kernenergie (on)besproken: Een geschiedenis van het maatschappelijke debat over kernenergie in België. Leuven: Acco, 2008.

Linters, Adriaan. “In den beginne waren er ertsen. België als centrum van nucleair onderzoek en techniek.” Erfgoed van Industrie en Techniek 19 (2010, 2+3) 83-94. Themanummer nucleair erfgoed.

Maenhaut, Willy. “Excerpts from 40 Years of Atmospheric Aerosol Research: From Elements to Compounds and Things in Between”. Presentatie door Willy Maenhaut in oktober 2014. http://www.analchem.ugent.be/biosol/own_documents/Maenhaut_WE08_Oct2014.pdf

Vaarwel Thetis. Geen Tsjernobil II.” Schamper 391 (2001) 16-17. (http://steentijd.schamper.be/files/pdf/391.pdf)

Van Vaerenbergh, Maurice. “De nieuwe Kliniek voor Radiotherapie en Kerngeneeskunde.” De Brug 11 (1968, 4) 302-305. (http://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/000/055/720/RUG01-000055720_2010_0047_AC.pdf)

De Winne, Ruben. “Alma Mater verliest kind.” Schamper 497 (2010). (http://steentijd.schamper.be/497/alma-mater-verliest-kind)

“Kernreactor Thetis van de UGent is de eerste gedeclasseerde reactor in België.” Persbericht UGent 25.02.2016. https://qas4.ugent.be/nl/actueel/persberichten/kernreactor-thetis-van-de-ugent-is-de-eerste-gedeclasseerde-reactor-in-belgie