Ultrakalte Quelle (im Bau)

Eine Quelle ultrakalter Neutronen ist derzeit noch in der Entwicklungsphase, soll aber das Spektrum der derzeit verfügbaren Neutronen in Zukunft erweitern. Ultrakalte Neutronen sind so langsam wie ein Fahrradfahrer (<10 m/s) und können dadurch im Gegensatz zu anderen Neutronen für längere Zeit mit Hilfe von Magnetfeldern oder Flaschen aus geeigneten Materialien gespeichert und beobachtet werden. Hierbei ist die Speicherzeit im Prinzip nur durch die Lebensdauer des freien Neutrons (ca. 15 min) selbst begrenzt.

UCN erhöhen die Genauigkeit experimentell bestimmter, fundamentaler Messgrößen

Neutronenleiter der ultrakalten Quelle

Die langen Speicherzeiten ermöglichen es, das Neutron selbst und seine fundamentalen Eigenschaften mit höchster Genauigkeit zu untersuchen. Hierbei wird z.B. versucht, ein mögliches elektrisches Dipolmoment des Neutrons zu messen, eine Eigenschaft des Neutrons, die das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie im Universum erklären könnte. Auch die Lebensdauer des freien Neutrons ist ein wichtiger Parameter im physikalischen Standardmodell, welches mit den verfügbaren Methoden bisher nur ungenügend genau bestimmt werden konnte. Ultrakalte Neutronen werden auch dazu verwendet, um die Gültigkeit des Gravitationsgesetzes im mikroskopischen Bereich (auf kleinsten Längenskalen im Bereich von 10-6m) zu testen.

UCN Quelle am FRM II

Die Quelle für ultrakalte Neutronen (UCN Quelle) wird im tangentialen, durchgehenden Strahlrohr SR6 eingebaut. Thermische und subthermische Neutronen aus dem Schwerwassermoderator des FRM II regen in einem Kryofestkörper (Deuterium bei einer Temperatur von 5 K) Gitterschwingungen an und verlieren dadurch fast ihre gesamte Energie – sie werden also zu ultrakalten Neutronen (UCN). Die so erzeugten UCN werden aus dem Kryofestkörper extrahiert und in die Experimentierhalle zu verschiedenen Messinstrumenten geleitet.

Die UCN-Quelle befindet sich, zusammen mit diversen Hilfssystemen, die die nötige Kälteleistung erzeugen, um den Kryofestkörper in unmittelbarer Nähe des Brennelements auszufrieren, derzeit noch in der Aufbauphase. Bis 2015 werden die notwendigen Strahlrohreinbauten errichtet und anschließend in das Strahlrohr SR6 eingebaut. Nach einer Inbetriebnahmephase werden dann ultrakalte Neutronen den Messinstrumenten zur Verfügung gestellt.