Ultrakalte Neutronen (UCN), Neutronen mit einer Energie von unter etwa 250neV, zeichnen sich durch eine Reihe besonderer Eigenschaften aus:
Sie können in Gefäßen mit speziellen Wandbelägen (etwa Beryllium oder Fomblinöl) gespeichert oder in magnetischen Flaschen eingeschlossen werden. Durch Anlaufen gegen das Gravitationsfeld der Erde über eine moderate Strecke verlieren sie einen Großteil ihrer Energie (für jeden Meter Steighöhe etwa 100neV). Die resultierende Speicherfähigkeit der UCN macht sie für Experimente zu grundlegenden Eigenschaften des Neutrons besonders gut geeignet.

Die Quelle für ultrakalte Neutronen (UCN) am FRM II wird ihren Platz im Strahlrohr SR4 finden. Von dieser superthermischen Quelle mit festem Deuterium sind Dichten und Flüsse zu erwarten, die um Größenordnungen über den bisher auf der Welt erreichten liegen:

• Im Speicherbetrieb eine Dichte von etwa 10⁴cm^-3,
• im ebenfalls möglichen kontinuierlichen Betrieb ein Fluß von maximal 10⁶cm^-2s^-1.

Damit sollten Experimente zu fundamentalen Eigenschaften des Neutrons, wie Lebensdauer und elektrisches Dipolmoment, möglich werden, die in ihrer Genauigkeit weit über das bisher Erreichte hinausgehen. Es sind aber auch Experimente denkbar, die wegen der bisher verfügbaren UCN-Dichten außerhalb jeder Diskussion lagen, z.B. seltene Endzustände im Neutronenzerfall sowie Materialuntersuchungen.

Neutronen aus der Kalten Quelle des FRM II treffen auf ein relativ kleines Volumen von festem Deuterium, den Konverter. Das Fest-Deuterium wird auf einer Temperatur gehalten, bei der der (temperaturabhängige) Querschnitt für Hinaufstreuen zu höheren Neutronenenergien durch Wechselwirkung mit den Deuteriumatomen unter dem (temperaturunabhängigen) Wirkungsquerschnitt für Absorption im Deuterium liegt. Bedingt durch das kleine Volumen verlassen die durch Wechselwirkung mit dem Deuterium erzeugten UCN, bevor sie absorbiert oder wieder zu höheren Energien hochgestreut werden, den Konverter in ein sehr viel größeres, evakuiertes Volumen, den UCN-Speicher.
Der UCN-Speicher besitzt mit Beryllium beschichtete, die UCN reflektierende Wände. Im Speicher sind die Verluste an ultrakalten Neutronen sehr viel kleiner als im Konverter. Dort baut sich innerhalb von mehreren hundert Sekunden eine hohe UCN-Dichte auf. Dies konnte durch Simulationsrechnungen und die direkte Integration der entsprechenden Diffusionsgleichung nachgewiesen werden.
Alle drei bis fünf Minuten können die UCN dann in das angeflanschte Experimentiervolumen entleert werden. Können die UCN-Verluste im Experimentiervolumen selbst klein genug gehalten werden, ist es auch denkbar, schon während des Füllvorgangs die Verbindung zwischen Speicher und Experiment offen zu halten.

Technisch ist die Quelle für ultrakalte Neutronen wie folgt realisiert:
Am reaktornahen Ende eines etwa 8m langen evakuierten Rohres im SR4, in unmittelbarer Nähe der Kalten Quelle, sind 170cm³ Fest-Deuterium als Hohlzylinder mit 7cm Außenradius angeordnet. Dieser Zylinder wird von superkritischem Helium umspült und so auf einer Temperatur von unter 5K gehalten. Das Rohr ist aus einer Aluminium-Legierung (Al 6061-T6) gefertigt und mit Beryllium besputtert. Konverterteil und Speicherteil sind thermisch voneinander isoliert. Der Speicherteil wird auf etwa 25K gekühlt.