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Strahlführung der Neutronen

In einer Neutronenquelle wie dem FRM II werden die Neutronen im Brennelement freigesetzt und im D2O-Moderator und in den Sekundärmoderatoren der Kalten Quelle und der Heißen Quelle auf die für die Experimente erforderliche Energie gebracht.

  • Nur bei einem kleinen Teil der Anwendungen werden die Neutronen innerhalb des Moderatortanks genutzt, wie z.B. bei der Erzeugung von radioaktiven Isotopen.
  • In den meisten Fällen werden die Neutronen außerhalb des Reaktorbeckens und in weiter entfernten Experimentierbereichen benötigt.

Dabei müssen spezielle Anforderungen an den Querschnitt, die Winkeldivergenz und das Signal-Untergrund-Verhältnis der Neutronenstrahlen erfüllt sein.

Aufgabe von Strahlführungssystemen ist es, die Neutronen von ihrem Entstehungsort zum Ort ihrer Nutzung außerhalb des Reaktors zu führen und den Strahl hinsichtlich der genannten Kriterien richtig zu konditionieren.
Im Vergleich zu geladenen Teilchen an Beschleunigern und zu Licht in der klassischen Optik sind Neutronen dadurch charakterisiert, daß sie nicht durch elektrische und - von einzelnen Sonderfällen abgesehen - magnetische Felder abgelenkt werden können und daß die meisten Materialien einen Brechungsindex für Neutronen aufweisen, der nur geringfügig von dem Wert 1 für das Vakuum verschieden ist.
Das bedeutet, daß für die Strahlführung von Neutronen keine Linsen und Prismen zur Verfügung stehen und daß eine Strahlumlenkung nur durch Totalreflexion an Spiegeln möglich ist, die im allgemeinen nur bei streifendem Einfall unter kleinen Winkeln erfolgt.

Bei der Bragg-Reflexion an einem Einkristall können Neutronen zwar um größere Winkel, aber nur in einem sehr engen Energieintervall abgelenkt werden.

Für die Strahlführung von Neutronen vom Reaktorkern zum Experimentierplatz bedarf es innovativer Konzepte:

  • Strahlrohre in Form enes Sackrohrs mit Kollimator als einfachste und klassische Strahlführung
  • Führung der Neutronen durch Neutronenleiter auf Basis von Totalreflexion oder Interferenzen an komplex aufgebauten Vielfachschichten.
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Um die Neutronen von ihrem Entstehungsort - dem Reaktorkern im Moderatortank - zu den Experimentierplätzen zu führen stehen Leiterkonzepte wie Strahlrohre und Neutronenleiter (durchgezogene farblich hervorgehobene Linien) zur Verfügung.