Erzeugung

Zur Untersuchung von Festkörpern mit Neutronenstrahlen (d.h. mit Materiewellen) benötigen die Forscher freie Neutronen, die sie mit einer definierten Energie möglichst gerichtet auf den Untersuchungsgegenstand lenken können. Da die Stärke der Wechselwirkung von Neutronen mit Materie sehr klein ist, müssen sehr viele Neutronen die zu untersuchenden Proben durchdringen. Hinter der Probe müssen die in verschiedene Richtungen gestreuten Neutronen nachgewiesen werden. Heute sind zwei Arten von Neutronenquellen mit hinreichender "Leuchtstärke" (Neutronenfluss) technisch realisiert: Forschungsreaktoren und Spallationsneutronenquellen.

In Forschungsreaktoren wird, wie auch in anderen Kernreaktoren, Uran in einer Kernreaktion gespalten. Bei jeder Kernreaktion entsteht mehr als ein freies Neutron, so dass die Spaltreaktion aufrechterhalten werden kann und es zu einer Kettenreaktion kommt. Hierzu müssen die Neutronen von ihren anfänglich hohen Energien (MeV) auf niedrige Energien fast vollständig abgebremst (moderiert) werden; die ablaufende Kettenreaktion wird auf den nächsten Seiten genauer beschrieben.

Der zweite Typ Neutronenquelle, die Spallationsneutronenquelle, nutzt eine andere Art von Kernreaktion, um freie Neutronen zu erzeugen: Hier werden in einem Beschleuniger Protonen (Atomkerne des Wasserstoffs) auf sehr hohe Energien beschleunigt (ca. 1-2 GeV, GeV = 109 eV!) und auf schwere Targetkerne (Target engl. für Ziel) gelenkt. Das Targetmaterial sollte flüssig sein; es kann dabei aus Quecksilber oder einem Gemisch aus flüssigem Wismut und Blei bestehen. Die hohe Energie, die die Protonen in die Zielkerne tragen, lassen diese platzen (Spallationsreaktion), wobei kleinere Kernbruchstücke und freie Neutronen entstehen. Auch hier müssen die Neutronen auf niedrige Energien moderiert werden. Für die Sicherheit ist vorteilhaft, dass die Kernreaktion keine Kettenreaktion ist und durch Abschalten des Beschleunigers einfach beendet werden kann.

Eine ausführliche Beschreibung des Projekts der Europäischen Spallationsneutronenquelle ESS findet man unter
www.ess-scandinavia.eu

Kernspaltung