Sekundäre Quellen für Neutronen und Positronen

Zwar sind Neutronen ein einzigartiges Werkzeug, um der Materie ihre Geheimnisse zu entlocken, verschiedene Aufgabenstelllungen erfordern aber verschiedene „Arten“ von Neutronen.

Wellenlänge an Aufgaben anpassen

Energiebereiche der Neutronen und Nutzungsschwerpunkte in einer Neutronenquelle. Der farbig unterlegte Bereich zeigt die Mengenverhältnisse der Neutronen.

Neutronen an sich sind ununterscheidbar. Will man sie an spezielle Aufgaben anpassen, so ist es nur möglich, ihre Energie und damit ihre Wellenlänge, anzupassen oder ihre magnetischen Eigenschaften einzustellen. Um den Ort der Atome in einem metallischen Werkstück zu bestimmen benötigt man Wellenlängen in der Größenordnung derselben, also 0,1 nm oder zur Ausmessung der globulären Struktur eines Proteins Neutronen im nm Bereich. Silizium lässt sich besonders gut mit thermischen und eben nicht mit schnellen Neutronen für die Halbleiterindustrie dotieren. Wie im täglichen Leben wird die Dicke eines Haares nicht mit einem Meterstab bestimmt , aber sehr wohl mit einer Mikrometerschraube.

Neutronen nach Energie unterscheiden

Es hat sich eingebürgert, die Neutronen hinsichtlich Ihrer Energie zu unterscheiden. Man unterscheidet je nach Energie hochenergetische, Spalt-, heiße, thermische kalte und ultrakalte Neutronen. Darüber hinaus ist es möglich, durch Anlegen geeigneter Magnetfelder die magnetischen Eigenschaften der Neutronen zu synchronisieren und damit z. B. Magnetfelder im Inneren von Festkörpern zu messen. Man spricht dann von polarisierten Neutronen.

Die energetische Konditionierung der Neutronen erfolgt durch Wechselwirkung mit verschiedenen, jeweils der Energie/Temperatur angemessenen, Moderatoren unterschiedlicher Temperatur. Da in der Physik die Größen Energie, Temperatur (E = kB × T),Wellenlänge (E = ħ × w) und Geschwindigkeit (E = ½ mn × v2) nur unterschiedliche Beschreibungen desselben Phänomens sind, werden die Begriffe oft synonym verwendet. Meist werden folgende Energiegruppen unterschieden:

Äquivalenz von Energie, Temperatur, Wellenlänge und Geschwindigkeit von Neutronen. Die Grenzen sind i. d. R. nicht scharf definiert.
Bezeichnung	Energie	Temperatur	Wellenlänge	Geschwindigkeit
Hochenergetische Neutronen	>20 MeV
Spaltneutronen	2 MeV
Schnelle/heiße Neutronen	40 – 10³ meV	2300 K	0,05 nm	5 km/s
Thermische Neutronen	3 – 150 meV	300 K	0,2 nm	2,2 km/s
Kalte Neutronen	0,1 – 20 meV	25 K	0,2 - 25 nm	600 m/s
Ultrakalte Neutronen	10^-6 – 0,01 meV	mK	10 - 1000 nm	5 m/s

Um für die wissenschaftliche Nutzung jeweils Neutronen geeigneter Energie bereitzustellen, verfügt der FRM II über verschiedene sogenannte Sekundärquellen. Allen gemeinsam ist, dass sie weitestgehend im Maximum des thermischen Flusses, im Moderatortank ca. 30 cm vom Reaktorzentrum entfernt, angeordnet sind.

Weitere Informationen auf Englisch (pdf): Experimental facilities