Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

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1 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Physik mit Neutronen, allgemein Neutronen-Experimente: jenseits SM Theorie Standard Modell Neutronen-Experimente: diesseits SM Theorie n-Zerfall D. Dubbers U. Heidelberg Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

2 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Neutronenquellen 1.1 Reaktor Neutronenquellen 1.2 Spallations-Neutronenquellen 1.3 Ultrakalte Neutronen Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

3 1.1 Reaktor-Neutronenquellen
Institut Laue-Langevin Grenoble FRM-II TU München Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

4 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
FRM II Forschungs-Reaktor München FRM-2: TU München, Garching, Start 2004, themische Leistung 20 MW Neutronenflussdichte Φmax= 0.8x1015 cm−2 s−1 Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

5 n-Leiter in FRM-II Halle, im Aufbau
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6 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Grundriss ILL Institut Laue –Langevin Grenoble, Start 1972 themische Leistung 58 MW Neutronenflussdichte 2x1015 cm-2 s-1 ~ 100 m Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

7 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
ILL n-Leiterhalle Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

8 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Neutronen Leiter n-TOF Spektren aus kaltem n-Leiter → Am Leiterausgang: Φn~1010 cm−2s−1. de Broglie: λn = 0.2 nm bei υn = 800 m/s (Kalte Quelle: Tn ≈ 40 K). Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

9 Querschnitt durch ILL Reaktor
Brennelement im Abklingbecken Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

10 Grundriss Reaktor Becken FRM-II
Horizontaler Schnitt durch das Reaktorbecken. Im Zentrum befindet sich das Brennelement. Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

11 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Brennelement Durch die Evolventenform der Brennstoffplatten haben die Kühlkanäle überall eine konstante Breite. Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

12 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
H2O D2O Moderator Radius→ n-Fluss Verteilung Brenn- Element ↓Φn=8·1014cm−2s−1 Thermische Neutronen-Flussdichte Φn in Abh. vom Abstand zu Brennelement Mitte. Das Flussmaximum liegt außerhalb des Brennelements im Moderatortank. Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

13 Bilanz der Kettenreaktion
vor: nach n-Einfang: Brennelement 235U in H2O, σfiss= 580 b, σstreu= 80 b Moderator D2O σabs= b σstreu= 8 b schnell: 100 Spaltneutronen ↓ 72 epitherm: → 22 neue Spaltneutr. Moderation langsam: 33 → 48 neue Spaltneutr. 30 neue Spaltneutr ←20 47 ← therm. Wirkungsqu., 1 barn = 10−24 cm2 Dh. bei kritischem Reaktor werden aus 100 schnellen Spaltneutronen im Brennelement = 100 neue schnelle Spaltneutronen erzeugt. Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

14 1.2 Spallations-Neutronenquellen
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15 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
SNS in Oak Ridge, USA Spallation Neutron Source Parameters Proton beam power on target 1.4 MW Proton beam energy on target 1.0 GeV Average beam current on target 1.4 mA Pulse repetition rate 60 Hz Protons per pulse 1.5x1014 January 29, 2008: "the Spallation Neutron Source last week reached 310 kW." i.e. peak flux of thermal neutrons at present ~ 1016 cm−2 s−1. Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

16 Spallation Target Station
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17 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Experimental area Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

18 Neutronen-Intensitäten aus n-Leitern
Neutron capture-intensities in beam-lines for neutron-particle physics SOURCE Beam-line Beam area A cm2 TIME AVERAGE PEAK Brightness maximum ∂2ΦC/ ∂λ ∂Ω cm−2 s−1 nm−1 sr−1 Flux ∂ΦC/ ∂λ cm−2 s−1 nm−1 ΦC cm−2 s−1 Intensity AΦC s−1 ILL H113 6×20 6·1013 @ λ=0.5 nm 2·1010 1.8·1010 1.5·1012 - FRM2 NL-3a 5×12 1.2·1012 NIST NG-6 6 Ø 2.3·109 6.4·1010 SINQ Ch 51 @ 700 kW 8×15 6·108 @ λ=0.4 nm ~109 ~1011 SNS aver. FP13 @ 1.4 MW 10×12 ~7·1012 ~3·109 @ λ=0.34 nm ~3x109 Peak≈102× SNS peak ≈ 100 × average ~3x1011 Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

19 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen
Ph. Schmidt-Wellenburg, Th. Lauer, Sa Vorm.; S. Paul, Sa Abend 1.3 Ultrakalte Neutronen Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

20 Neutronenflaschen und -leiter
Vakuum Materie υ υc υ|| υ Vakuum Metall Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen