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

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

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

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

n-Leiter in FRM-II Halle, im Aufbau Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

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

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

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

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

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

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

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

Bilanz der Kettenreaktion vor: nach n-Einfang: Brennelement 235U in H2O, σfiss= 580 b, σstreu= 80 b Moderator D2O σabs= 0.0005 b σstreu= 8 b schnell: 100 Spaltneutronen ↓ 25 + 28 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 22 + 48 + 30 = 100 neue schnelle Spaltneutronen erzeugt. Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

1.2 Spallations-Neutronenquellen Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

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

Spallation Target Station Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen Experimental area Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen

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

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

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