Positronenquelle

An der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz befindet sich die derzeit intensivste Positronenquelle der Welt: NEPOMUC (NEutron induced POsitron source MUniCh). Sie erzeugt mit einer Milliarde Positronen bis zu 1000 Mal mehr Positronen pro Sekunde als vergleichbare Anlagen.

Wie entstehen Positronen?

Blick auf die Instrumente der Positronenquelle (Foto: W. Schürmann / TUM).

In der Spitze des Strahlrohres 11 befindet sich eine Kappe aus Kadmium. Treffen thermische Neutronen aus dem Moderatortank auf das Kadmium, setzt es hochenergetische Gammastrahlen frei. Über Platinfolien, die in der Kadmiumkappe angebracht sind, wird die Energie der Gammastrahlen nach der Formel E = m * c2 in Masse umgewandelt: Es entstehen Elektronen und zu gleichen Teilen ihre Antiteilchen, die Positronen. Durch Anlegen einer positiven Hochspannung werden die Positronen extrahiert, die wiederum über magnetische Felder zu den Experimenten geleitet werden.

Vier Instrumente

Vier verschiedene Instrumente nutzen die Positronen am FRM II: Das Oberflächenspektrometer SuSpect, das Coincidence Doppler-Broadening Spektrometer (CDBS), das Pulsed Low-Energy Positron System (PLEBS) und derzeit das Positronen Flugzeit-Experiment (OP), das direkt an den Strahl angeschlossen ist.

Anwendungen

An NEPOMUC wird der Positronenstrahl außer für Grundlagenexperimente vor allem in der Materialforschung genutzt, weil sich damit nicht nur Defekte im Atomgitter erkennen, sondern dort auch Atomsorten unterscheiden lassen. Weil die Positronen je nach Element mit Elektronen unterschiedlicher Energie zerstrahlen, entspricht die messbare Gammastrahlung einem Fingerabdruck spezifisch für jedes Element. Beispielsweise wurde mit dieser Technik unter einer Schicht von 500 atomaren Aluminium-Lagen am FRM II eine einzelne Lage aus Zinnatomen zerstörungsfrei mit Positronen nachgewiesen.

Auch Fehlstellen von Atomen im Gitter werden von den Positronen detektiert. Diese Fehlstellen können bei mechanischer Belastung des Materials letztlich zu Rissen führen. Positronen sind in der Lage unter zehn Millionen Atomen ein fehlendes Atom aufzuspüren.

Weitere Informationen über NEPOMUC auf der Webseite des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums.