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SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.1
Physik mit Neutronen- und Synchrotron-Strahlung
Dirk DubbersSS 2006
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.2
InhaltA. Neutronenstrahlen
1. Neutronenquellen2. Elastische Neutronenstreuung und die räumliche Struktur der Kristalle3. Die Struktur magnetischer Materialien4. Inelastische Neutronenstreuung und die Dynamik der Kristalle5. Hochauflösende Neutronenspektroskopie und die Dynamik ungeordneter Systeme6. Kleinwinkelstreuung und « weiche Materie »7. Kalte Neutronen und das Standardmodell der Teilchenphysik8. Jenseits des Standardmodells9. Neutronenoptik und Quantenphysik10. Praktische Anwendungen von Neutronenstrahlen
B. Synchrotronstrahlen11. Synchrotronquellen12. Vergleich von Neutronen- und Synchrotronstrahlen13. Elastische Röntgenstreuung und Molekularbiologie14. Inelastische Röntgenstreuung und Dynamik der Flüssigkeiten15. Resonante Kernstreuung16. Bildgebung mit Röntgenstrahlen17. Kohärente Röntgenstrahlung und Röntgentomographie18. Diverse Methoden19. Praktische Anwendungen von Röntgenstrahlen
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.3
A. NEUTRONENLiteratur
Low-energy neutron physics, I.I. Gurevich, L.V. Tarasov, 1968, Bibliothek
Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering
von G.L. Squires, Dover Publications 1997, EUR 16,95, ab EUR 11,52, Bibliothek.
Neutron Scattering, Part A-C (Exp. Methods in the Physical Sciences Vol. 23)
von D.L. Price, Kurt Skold (Herausgeber), Academic Press 1987, Bibliothek.
Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter Vol. 1.+2.
von S.W. Lovesey, Oxford University Press 1987,
EUR 115,90, ab EUR 43,70, Bibliothek
Neutron Optics
von V.F. Sears, Oxford University Press 1989, ab EUR 72,89, Bibliothek.
Neutron Scattering in Condensed Matter Physics
von A. Furrer, World Scientific Pub Co Inc,
noch nicht erschienen, EUR 28,90
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.4
1. Neutronenquellen
1.1 Reaktor Neutronenquellen1.2 Spallations-Neutronenquellen1.3 Sonstige
1.1 Reaktor-Neutronenquellen
Forschungs-Reaktor München FRM-2TU München, Garching,Start 2004, 20 MW
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.5
FRM-2: Vorderansicht
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.6
Rückansicht
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.7
Gesamtansicht
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.8
Draufsicht
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.9
Grundriss
FRM-1 n-Leiter Halle Reaktor Halle n-Leiter Halle
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.10
n-Leiter Halle im Aufbau
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.11
Grundriss Reaktor Becken
Horizontaler Schnitt durch das Reaktorbecken in 300mm Höhe über der Kernmittelebene. Im Zentrum befindet sich das Brennelement.
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.12
Querschnitt Reaktor Becken
D2O
H2O
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.13
Innenansicht Reaktor Becken
Blick in den Moderatortank und die fünf Abschaltstäbe. Bei Betrieb ist das Becken mit normalem Wasser H20 geflutet.
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.14
Brennelement
Durch die Evolventenform der Brennstoffplatten haben die Kühlkanäle über die gesamte Breite eine konstante Breite.
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.15
Zusammensetzung Brennelement
Brennstoffplatten aus 235Uransilizid- und Aluminium-Pulver vorgepreßt und durch mehrmaliges Walzen kaltverschweißt, wobei die Plattenlänge auf das 10fache ansteigt und die Plattendicke auf 1,4mm abnimmt.
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.16
Schema Neutronen-Quelle
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.17
Bilanz der Kettenreaktion
Brennelement235U in H2O, σfiss= 580b, σstreu= 80b
Moderator D2Oσabs= 0.0005 bσstreu= 8b
schnell: 100 Spaltneutronen
↓
28 + 25
72
epithermisch: ↓ → 22 Spaltneutr.
Moderation
langsam: 33 → 48 Spaltneutr.
30 Spaltneutr ← 20 47
Dh. bei kritischem Reaktor werden aus
100 schnellen Spaltneutronen
im Brennelement letztendlich wieder
22+48+30 = 100 neue
schnelle Spaltneutronen erzeugt.
← therm. Wirkungsqu., 1 barn = 10−24 cm2
vor: nach n-Einfang:
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.18
Thermische Neutronen-Flussdichte Φn in Abhängigkeit υom Radius. Das Flussmaximum liegt außerhalb des Brennelements im Moderatortank.
n-Fluss Verteilung
235U H2O D2O Moderator
Radius→Brenn-Element
↓Φn=8·1014cm−2s−1
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.19
Kühl-Kreislauf
Abwärme des FRM-II: 24MW: 20MW thermische Reaktor Leistung und 4 MW Installationen. Die Temperatur des Kühlwassers erhöht sich beim Druchströmen des Brennelements von ca. 37°C auf ca. 53°C.
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.20
Reaktor Halle im Aufbau
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.21
ILLInstitut Max von Laue – Paul LangevinGrenoble, Start 1972, 58 MW
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.22
Grundriss ILL
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.23
Anordnung der Strahlrohe im Reaktor Becken
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.24
ILL Source
Querschnitt durch Reaktor
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.25
Kalte Neutronen-Quelle
'kalter' n-Leiter
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.26
Neutronen Leiter
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.27
n-TOF Spektren aus kaltem n-Leiter
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8107
108
109
1010
1011
dC /d
(c
m-2 s
-1 n
m-1)
FLUX SPECTRUM
WAVELENGTH (nm)0,0 0,4 0,8 1,2 1,6
0
1x1010
2x1010
3x1010
dC /d
(c
m-2 s
-1 n
m-1)
FLUX SPECTRUM
WAVELENGTH (nm)
lin: log:
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.28
Neutronen-Spektrometer schematisch
n-Strahlim n-Leiter
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.29
Neutronen-Spektrometer real
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.30
Blick in n-Leiter Halle
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.31
Querschnitt durch Reaktor
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.32
Aufsicht Reaktor Becken
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.33
Ultrakalte Neutronen-Quelle
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.34
Querschnitt Reaktor Halle
11. Abklingbecken
12. Wärmetauscher
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.35
Einbau Reaktor Tank
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.36
Einbau n-Strahlrohr
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.37
1.2 Spallations-Neutronenquellen
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.38
n-Spallations-Anlage
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.39
SNS in Oak Ridge, USA
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.40
Ionenquelle und LINAC
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.41
Target Station Principle
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.42
Target Station
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.43
Experimental area
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.44
Neutronen-Intensitäten aus n-Leitern
NEUTRON CAPTURE-INTENSITIES IN BEAM-LINES FOR NEUTRON-PARTICLE PHYSICS
Institution Beam-line StatusBeamareaA
cm2
TIME AVERAGE PEAK
Brightnessmaximum∂2ΦC/∂λ∂Ω
cm−2s−1nm−1sr−1
Fluxmaximum
∂ΦC/∂λ
cm−2s−1nm−1
Flux ΦC
cm−2s−1
IntensityAΦC
s−1
Brightnessmaximum∂2ΦC/∂λ∂Ω
cm−2s−1nm−1sr−1
ILL H113 running 6×206·1013
@λ=0.5nm 2·1010
@λ=0.5nm1.4·1010
(→2·1010)1.5·1012
(→2.2·1012)idem
FRM2 NL-3a running 5×12 2·1010 1.2·1012 idem
NISTNG-6 running 6 Ø 2.3·109 6.4·1010 idem
SINQCh 51
@700kWrunning 8×15
6·108
@λ=0.4nm~109 ~1011 idem
SNSFP13
@1.4MW~2008 10×12 ~7·1012 ~3·109
@λ=0.34nm~3x109 ~1011 ~1·1015
@λ=0.34nm
SS 2006 Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/1. Neutronenquellen 1.45
1.3 Sonstige n-Quellen