Eine Suche nach Doppelbeta-Zerfaellen von Cadmium-, Zink- und ...

A.3.2. Neutronenschild
A. Das COBRA-Experiment
Neutronen können hochenergetische γ-Strahlung induzieren. In den CdZnTe-Kristallen
ist 113 Cd mit einer natürlichen Häufigkeit von 12 % enthalten. Für thermische Neutronen
besitzt die Reaktion 113 Cd(n, γ) 114 Cd einen Wirkungsquerschnitt von mehreren 20 kb
[28] und erzeugt einen γ-Untergrund mit Energien von bis zu mehreren MeV. Weil die
Neutronen im LNGS überwiegend aus dem umgebenden Gestein stammen, wurde eine
Abschirmung gegen Neutronen entwickelt, welche das Experiment umschliesst [29].
Bei der Reaktion 10 B(n, α) 7 Li werden thermische Neutronen mit sehr hohem Wirkungsquerschnitt
(≈ kb) ohne Emission hochenergetischer Gammastrahlung eingefangen.
Die Neutronen im LNGS müssen thermalisiert werden. Als Moderator ist Polyethylen
wegen seines hohen Anteils an Wasserstoff, der in elastischer Streuung mit den
Neutronen in Wechselwirkung tritt, geeignet. Daher wurde für die Abschirmung gegen
Neutronen eine Einfassung aus 7 cm dickem Polyethylen, welches mit Bor angereichert
wurde, konstruiert.
A.3.3. Abschirmung gegen Photonen
Ursprüngliche Radionuklide, vor allem die Uran- und Thorium-Zerfallsketten, sowie das
40 K-Isotop, sind in allen Ausgangsmaterialien enthalten und verursachen den wesentlichen
γ-Untergrund. Daneben werden durch die Kerntechnik zu der natürlichen Radioaktivität
anthrophogene Isotope hinzugefügt. Für das COBRA-Experiment ist von diesen
aufgrund der Häufigkeit nur 137 Cs von Interesse.
Zur Abschirmung eignet sich Blei, welches wegen der hohen Kernladungszahl und
Dichte (Formeln (B.34) bis (B.37)) Photonen mit hoher Effizienz absorbiert. Je nach
Art der Herstellung und Alter ist auch das Blei der Abschirmung mit Radionukliden aus
der Umwelt verunreinigt und wird selbst zur Quelle von Untergrundereignissen. Kupfer
kann wesentlich reiner hergestellt werden, absorbiert jedoch Photonen vergleichsweise
schlechter. Deshalb bildet es den inneren Kern der Abschirmung, die in Abbildung A.4
dargestellt ist. Die Ziegel besitzen die Maße (5 · 10 · 20) cm 3 . Aus den Kupferziegeln kann
im Innersten ein Hohlraum von (10 · 10 · 20) cm 3 für das Nest, in dem sich die Delrin-
Halterungen für die Kristalle befinden, eingelassen werden. Nach außen gehend besteht
die Abschirmung aus 5 cm Kupfer und 15 cm Blei. In diesen Schild sind Räume für die
Vorverstärkerelektronik eingelassen.
A.3.4. Radonbarriere
Radon ist in den Zerfallsreihen der wichtigsten primordialen Nuklide enthalten. Als
Edelgas kann es beispielsweise aus dem umliegenden Felsgestein in die Luft diffundieren
und ist dort frei beweglich. Das 222 Rn-Isotop hat eine Halbwertszeit von T1/2 = 3, 82 d
und 220 Rn T1/2 = 55, 6 s. Die 220 Rn Konzentration in Luft ist im Prozentbereich des
222 Rn Anteils, obwohl das 232 Th-Nuklid im Allgemeinen häufiger vorkommt [7]. Die
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