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Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen 1.1
Präzisions-Physik mit Neutronen
1.Neutronenquellen2.Physik mit Neutronen, allgemein3.Neutronen-Experimente: jenseits SM4.Theorie Standard Modell5.Neutronen-Experimente: diesseits SM6.Theorie n-Zerfall
D. DubbersU. Heidelberg
Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen 1.2
1. Neutronenquellen
1.1 Reaktor Neutronenquellen1.2 Spallations-Neutronenquellen1.3 Ultrakalte Neutronen
Schleching 2008 Präzisions-Physik mit Neutronen / 1. Neutronenquellen 1.3
1.1 Reaktor-Neutronenquellen Institut Laue-Langevin Grenoble FRM-II TU München
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FRM II
Forschungs-Reaktor München FRM-2:TU München, Garching,Start 2004, themische Leistung 20 MW Neutronenflussdichte Φmax= 0.8x1015 cm−2 s−1
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n-Leiter in FRM-II Halle, im Aufbau
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Grundriss ILL
Institut Laue –Langevin Grenoble, Start 1972themische Leistung 58 MW Neutronenflussdichte 2x1015 cm-2 s-1
~ 100 m
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ILL n-Leiterhalle
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Neutronen Leiter
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,40,000
0,004
0,008
0,012
0,016
BRIGHTNESS OF COLD SOURCE AND GUIDE
BC (
a.u.
)
(nm)
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).
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Querschnitt durch ILL Reaktor
Brennelement im Abklingbecken
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Grundriss Reaktor Becken FRM-II
Horizontaler Schnitt durch das Reaktorbecken. Im Zentrum befindet sich das Brennelement.
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Brennelement
Durch die Evolventenform der Brennstoffplatten haben die Kühlkanäle überall eine konstante Breite.
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Thermische Neutronen-Flussdichte Φn in Abh. vom Abstand zu Brennelement Mitte. Das Flussmaximum liegt außerhalb des Brennelements im Moderatortank.
n-Fluss Verteilung
235U H2O D2O Moderator
Radius→Brenn-Element
↓Φn=8·1014cm−2s−1
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Bilanz der Kettenreaktion
Brennelement 235Uin H2O, σfiss= 580 b, σstreu= 80 b
Moderator D2Oσabs= 0.0005 bσstreu= 8 b
schnell: 100 Spaltneutronen
↓
25 + 28
72
epitherm: → 22 neue Spaltneutr.
Moderation
langsam: 33 → 48 neue Spaltneutr.
30 neue Spaltneutr ←20 47
Dh. bei kritischem Reaktor werden aus 100 schnellen Spaltneutronen im Brennelement 22 + 48 + 30 = 100 neue schnelle Spaltneutronen erzeugt.
← therm. Wirkungsqu., 1 barn = 10−24 cm2
vor: nach n-Einfang:
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1.2 Spallations-Neutronenquellen
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SNS in Oak Ridge, USA
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.
Spallation Neutron Source ParametersProton 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
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Spallation Target Station
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Experimental area
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Neutronen-Intensitäten aus n-Leitern
SOURCE Beam-line
Beamarea
Acm2
TIME AVERAGE PEAK
Brightnessmaximum
∂2ΦC/ ∂λ ∂Ω
cm−2 s−1 nm−1 sr−1
Fluxmaximum∂ΦC/ ∂λ
cm−2 s−1 nm−1
Flux ΦC
cm−2 s−1
IntensityAΦC
s−1
Brightnessmaximum
∂2ΦC/ ∂λ ∂Ω
cm−2 s−1 nm−1 sr−1
ILL H113 6×206·1013
@ λ=0.5 nm 2·1010
@ λ=0.5 nm1.8·1010 1.5·1012 -
FRM2 NL-3a 5×122·1010
@ λ=0.5 nm2·1010 1.2·1012 -
NISTNG-6 6 Ø 2.3·109 6.4·1010 -
SINQCh 51
@ 700 kW 8×15
6·108
@ λ=0.4 nm~109 ~1011 -
SNS aver.FP13
@ 1.4 MW10×12 ~7·1012 ~3·109
@ λ=0.34 nm~3x109 ~1011 Peak≈102×
@ λ=0.34 nm
SNS peak ≈ 100 × average ~3x1011
Neutron capture-intensities in beam-lines for neutron-particle physics
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1.3 Ultrakalte NeutronenPh. Schmidt-Wellenburg, Th. Lauer, Sa Vorm.; S. Paul, Sa Abend
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Neutronenflaschen und -leiter
υ
υc
υ|| υ
Vakuum Metall
3cc
c8
2
2cc
c
2kin
1563
1032200/6/ist xion Totalrefleder Winkelkrit. dh.m/s 2200gkeit Geschwindi mittl.haben Neutronen Thermische
eiternNeutronenlin Neutronen schen von thermiTransport zum b)Behälternin Neutronen n ultrakalte von gSpeicherunzur a)
man benutzt Materiean Neutronen xion von Totalrefle Die
.m/s 6 dh. ,102GeV 1
neV 004
:Tempo-Fussgänger beiliegt Neutronen"n ultrakalte"dieser gkeit Geschwindi kritische Die
hat. neV 200½Neutron xion wenn Totalrefle Dh.
neV). eV10)(fm/Å(MeVHöhe neV 200~ von Potenzial-Kern mittleresein essieht Dort
. .. Ni, Fe, z.B. Materie, aufifft Neutron tr
υυυ
υmc
mυ
c
υ
υ
mυE
Vakuum Materie