Forschungsreaktoren

Forschungsreaktoren zeichnen sich durch einen sehr kompakten Reaktorkern aus, um einen möglichst großen Neutronenfluss aus einem kleinen Volumen zu erzielen. Das den Reaktorkern umgebende Wasser dient zur Kühlung und gleichzeitig als Moderator für die Neutronen. Durch viele einzelne Stöße mit den Kernen (Protonen) des Wasserstoffs im Wasser (H2O) werden die Neutronen langsamer, d.h. sie werden stark abgebremst (moderiert). Nur die langsamen Neutronen (Wellenlängen von 0.1 bis 0.3 nm) können für weitere Kernspaltungen (d.h. in einer Kettenreaktion) und für Experimente genutzt werden. Der Kern ist von einem Reflektor aus Beryllium, einem sehr leichten Metall, umgeben, der durch Reflektion der Neutronen die Effizienz des Reaktors erhöht.

Um besonders langsame Neutronen zu erzeugen, verwendet man eine sog. kalte Quelle, die sich im Flussmaximum der thermischen Neutronen im Reflektor befindet. Als Moderations-Material dient hier gasförmiger Wasserstoff, der auf -245 °C abgekühlt ist und unter einem Druck von 13 bar steht. Damit wird in einem Volumen von ca. 1 Liter eine neue Quelle kalter Neutronen erzeugt, die den Nutzungsbereich der Neutronenwellen auf 0,5 - 2 nm (10-9 m) ausdehnt. Bei diesen Wellenlängen lassen sich die Neutronen über Strecken von bis zu 40 m über Neutronenleiter (-spiegel) zu den Neutronenstreuexperimenten lenken.

Streuexperimente