Physik mit Neutronen- und Synchrotron-Strahlung Dirk Dubbers SS 2006

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1 Physik mit Neutronen- und Synchrotron-Strahlung Dirk Dubbers SS 2006
Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

2 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Inhalt Neutronenstrahlen 1. Neutronenquellen 2. Elastische Neutronenstreuung und die räumliche Struktur der Kristalle 3. Die Struktur magnetischer Materialien 4. Inelastische Neutronenstreuung und die Dynamik der Kristalle 5. Hochauflösende Neutronenspektroskopie und die Dynamik ungeordneter Systeme 6. Kleinwinkelstreuung und « weiche Materie » 7. Kalte Neutronen und das Standardmodell der Teilchenphysik 8. Jenseits des Standardmodells 9. Neutronenoptik und Quantenphysik 10. Praktische Anwendungen von Neutronenstrahlen Synchrotronstrahlen 11. Synchrotronquellen 12. Vergleich von Neutronen- und Synchrotronstrahlen 13. Elastische Röntgenstreuung und Molekularbiologie 14. Inelastische Röntgenstreuung und Dynamik der Flüssigkeiten 15. Resonante Kernstreuung 16. Bildgebung mit Röntgenstrahlen 17. Kohärente Röntgenstrahlung und Röntgentomographie 18. Diverse Methoden 19. Praktische Anwendungen von Röntgenstrahlen SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

3 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
A. NEUTRONEN Literatur Low-energy neutron physics, I.I. Gurevich, L.V. Tarasov, 1968, Bibliothek Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering von G.L. Squires, Dover Publications 1997, EUR 16,95, ab EUR 11,52, Bibliothek. Neutron Scattering, Part A-C (Exp. Methods in the Physical Sciences Vol. 23) von D.L. Price, Kurt Skold (Herausgeber), Academic Press 1987, Bibliothek. Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter Vol von S.W. Lovesey, Oxford University Press 1987, EUR 115,90, ab EUR 43,70, Bibliothek Neutron Optics von V.F. Sears, Oxford University Press 1989, ab EUR 72,89, Bibliothek. Neutron Scattering in Condensed Matter Physics von A. Furrer, World Scientific Pub Co Inc, noch nicht erschienen, EUR 28,90 SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

4 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Neutronenquellen 1.1 Reaktor Neutronenquellen 1.2 Spallations-Neutronenquellen 1.3 Sonstige Reaktor-Neutronenquellen Forschungs-Reaktor München FRM-2 TU München, Garching, Start 2004, 20 MW SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

5 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
FRM-2: Vorderansicht SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

6 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Rückansicht SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

7 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Gesamtansicht SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

8 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Draufsicht SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

9 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Grundriss FRM n-Leiter Halle Reaktor Halle n-Leiter Halle SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

10 n-Leiter Halle im Aufbau
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11 Grundriss Reaktor Becken
Horizontaler Schnitt durch das Reaktorbecken in 300mm Höhe über der Kernmittelebene. Im Zentrum befindet sich das Brennelement. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

12 Querschnitt Reaktor Becken
H2O D2O SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

13 Innenansicht Reaktor Becken
Blick in den Moderatortank und die fünf Abschaltstäbe. Bei Betrieb ist das Becken mit normalem Wasser H20 geflutet. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

14 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Brennelement Durch die Evolventenform der Brennstoffplatten haben die Kühlkanäle über die gesamte Breite eine konstante Breite. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

15 Zusammensetzung Brennelement
Brennstoffplatten aus 235Uransilizid- und Aluminium-Pulver vorgepreßt und durch mehrmaliges Walzen kaltverschweißt, wobei die Plattenlänge auf das 10fache ansteigt und die Plattendicke auf 1,4mm abnimmt. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

16 Schema Neutronen-Quelle
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17 Bilanz der Kettenreaktion
vor: nach n-Einfang: Brennelement 235U in H2O, σfiss= 580b, σstreu= 80b Moderator D2O σabs= b σstreu= 8b schnell: 100 Spaltneutronen ↓ 72 epithermisch: → 22 Spaltneutr. Moderation langsam: 33 → 48 Spaltneutr. 30 Spaltneutr ← 20 47 ← therm. Wirkungsqu., 1 barn = 10−24 cm2 Dh. bei kritischem Reaktor werden aus 100 schnellen Spaltneutronen im Brennelement letztendlich wieder = 100 neue schnelle Spaltneutronen erzeugt. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

18 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
H2O D2O Moderator Radius→ n-Fluss Verteilung Brenn- Element ↓Φn=8·1014cm−2s−1 Thermische Neutronen-Flussdichte Φn in Abhängigkeit υom Radius. Das Flussmaximum liegt außerhalb des Brennelements im Moderatortank. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

19 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Kühl-Kreislauf Abwärme des FRM-II: 24MW: 20MW thermische Reaktor Leistung und 4 MW Installationen. Die Temperatur des Kühlwassers erhöht sich beim Druchströmen des Brennelements von ca. 37°C auf ca. 53°C. SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

20 Reaktor Halle im Aufbau
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21 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
ILL Institut Max von Laue – Paul Langevin Grenoble, Start 1972, 58 MW SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

22 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Grundriss ILL SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

23 Anordnung der Strahlrohe im Reaktor Becken
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24 ILL Source Querschnitt durch Reaktor SS 2006
Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen ILL Source

25 Kalte Neutronen-Quelle
'kalter' n-Leiter SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

26 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Neutronen Leiter SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

27 n-TOF Spektren aus kaltem n-Leiter
lin: log: SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

28 Neutronen-Spektrometer schematisch
n-Strahl im n-Leiter SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

29 Neutronen-Spektrometer real
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30 Blick in n-Leiter Halle
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31 Querschnitt durch Reaktor
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32 Aufsicht Reaktor Becken
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33 Ultrakalte Neutronen-Quelle
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34 Querschnitt Reaktor Halle
11. Abklingbecken 12. Wärmetauscher SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

35 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Einbau Reaktor Tank SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

36 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Einbau n-Strahlrohr SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

37 1.2 Spallations-Neutronenquellen
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38 n-Spallations-Anlage
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39 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
SNS in Oak Ridge, USA SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

40 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Ionenquelle und LINAC SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

41 Target Station Principle
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42 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Target Station SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

43 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
Experimental area SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

44 Neutronen-Intensitäten aus n-Leitern
NEUTRON CAPTURE-INTENSITIES IN BEAM-LINES FOR NEUTRON-PARTICLE PHYSICS Institution Beam-line Status Beam area A cm2 TIME AVERAGE PEAK Brightness maximum ∂2ΦC/∂λ∂Ω cm−2s−1nm−1sr−1 Flux ∂ΦC/∂λ cm−2s−1nm−1 ΦC cm−2s−1 Intensity AΦC s−1 ILL H113 running 6×20 6·1013 @λ=0.5nm 2·1010 1.4·1010 (→2·1010) 1.5·1012 (→2.2·1012) idem FRM2 NL-3a 5×12 1.2·1012 NIST NG-6 6 Ø 2.3·109 6.4·1010 SINQ Ch 51 @700kW 8×15 6·108 @λ=0.4nm ~109 ~1011 SNS FP13 @1.4MW ~2008 10×12 ~7·1012 ~3·109 @λ=0.34nm ~3x109 ~1·1015 SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen

45 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen
1.3 Sonstige n-Quellen SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen