Status und Perspektiven - SNI-Portal

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

Quellen für Neutronenstrahlung: Forschungsreaktoren Einleitung und Überblick Den Neutronennutzern in Deutschland steht mit dem Institut Laue-Langevin in Grenoble die weltweit stärkste kontinuierliche Neutronenquelle zur Verfügung. Daneben existiert in Europa ein ganzes Netzwerk von Mittelfl ussquellen (s. Abb. 6.1), die in Zukunft von der modernsten kontinuierlichen Quelle, dem FRM-II, angeführt werden. Dieser wird an manchen Experimenten Flüsse vergleichbar mit denen des ILL aufweisen. Neutronenlandschaft Laut Nutzerumfrage des KFN vom Frühjahr 2004 werden von deutschen Nutzern die meisten Experimente am Hochfl ussreaktor des ILL durchgeführt. Darauf folgen die drei deutschen Mittelfl ussreaktoren des FZJ, des HMI und der GKSS, die zusammen die Hauptlast der Experimente tragen. Mit der beschlossenen Stilllegung des FRJ-2 und voraussichtlich des FRG-1 zu Beginn des nächsten Jahrzehnts muss in Zukunft der neue Reaktor in Garching, FRM-II, die Funktion als wichtigste nationale Neutronenquelle übernehmen und neben dem HMI die Hauptlast der Nutzerbetreuung tragen. Neben diesen nationalen Quellen konzentrieren sich die Experimente deutscher Nutzer auf die folgenden europäischen Quellen: LLB, SINQ, ISIS und Dubna. An diesen Quellen existiert zum Teil komplementäre Instrumentierung bzw. Expertise der Instrumentverantwortlichen. Neutronennutzer arbeiten für gewöhnlich in größeren internationalen Kollaborationen und suchen sich die besten Bedingungen für die jeweilige Fragestellung. Arbeitsteilung Zwischen den Hochfl ussquellen und den Mittelfl ussquellen hat sich in Europa eine sehr gute Arbeitsteilung etabliert: da die Forschung mit Neutronen im allgemeinen fl usslimitiert ist, lassen sich viele Experimente am besten an den Hochfl ussquellen durchführen. Allerdings gibt es an den Mittelfl ussquellen Instrumente und Probenumgebungen, die im weltweiten Vergleich für ganz bestimmte Anwendungen führend oder auch einmalig sind, etwa die neue fokussierende Kleinwinkelanlage KWS-3 in Jülich oder das kombinierte Flugzeit- und Spinecho-Instrument SPAN am HMI. Die Instrumente an Hochfl ussquellen sind besonders stark nachgefragt, was zu sehr kurzen und damit fehlerintoleranten Messzeiten führt. Daher sind an diesen Quellen sowohl die Möglichkeit der Ausbildung des Nachwuchses als auch die Möglichkeit zur Methodenentwicklung sehr stark eingeschränkt. Diese Aufgaben erfüllen in hervorragender Weise die Mittelfl ussquellen - zusätzlich zur Bereitstellung von Neutronenstrahlung für ein breites Spektrum von Experimenten. Daneben 1200 FRG-1 GKSS BENSC HMI FRJ-2 FZJ ISIS Rutherford LLB Paris IRI Delft 600 10 30 160 300 800 70 20 80 FRM-II TUM FLNP Dubna NPL-NRI Rez/Prag ILL Grenoble 150 130 SINQ PSI BNC Budapest Abb. 6.1. Anzahl der Neutronennutzer (vertikale Balken) gemäß der ENSA-Umfrage von 1998 und wichtigste Neutronenquellen in Europa. 70 Neutronenquellen 71
Andere europäische Zentren 358 Mittelfluss (FZJ, HMI, GKSS) 919 Außereuropäische Zentren 57 Abb. 6.2. Verteilung der Experimente an den verschiedenen Neutronenquellen. Hochfluss (ILL) 554 sind sie sehr wichtig für orientierende Messungen zur Optimierung der Messstrategie und Messungen mit aufwendigen Probenumgebungen, sowie in-situ Probenpräparation etc. In Europa wird ca. 60 % der Forschung mit Neutronen an Mittelfl ussquellen durchgeführt [6]. Dort werden viele herausragende wissenschaftliche Ergebnisse erzielt. Mittelflussquellen Wissenschaftliche Arbeiten, wie Diplom- oder Doktorarbeiten, lassen sich nur durchführen, wenn eine gewisse kontinuierliche Versorgung an Messzeit gewährleistet wird. Die Spitzenquellen können aufgrund der hohen Anfrage diese Aufgabe nur sehr beschränkt erfüllen. Die Messzeiten an den Mittelfl ussquellen sind im Allgemeinen etwas länger und erlauben ein Nachmessen, ein sehr wichtiger Aspekt für die Nachwuchsausbildung. Sehr viele methodische Entwicklungen sind an den Mittelfl ussquellen gelaufen, bevor sie auf die Hochfl ussquellen übertragen wurden. Beispiele hierfür sind die Entwicklung der Kleinwinkelstreuung und der hochaufl ösenden Rückstreuspektroskopie in Jülich, der magnetischen Streuung bei extrem hohen Feldern am HMI oder von Geschwindigkeitsselektoren für die Kleinwinkelstreuung bei GKSS, die in der Folge dann vom ILL in Grenoble übernommen wurden. Während die Mittelfl ussquellen ursprünglich eher einen regionalen Einzugsbereich hatten, hat sich dieses Bild inzwischen drastisch gewandelt, insbesondere nachdem sehr wichtige ältere Quellen, wie der Reaktor in RISØ, in Studsvik und 2006 der Reaktor in Jülich, abgeschaltet wurden bzw. werden. Die Bedeutung der Forschung mit Neutronen wird inzwischen auch in den europäischen Ländern ohne eigene leistungsfähige Quelle erkannt, wie Portugal, Spanien, Italien, Polen, etc. Im Rahmen des EU Access Programms bewerben sich Nutzer aus diesen Ländern zunehmend um Messzeit an den Mittelfl ussquellen. Diese Internationalisierung führt zu einem Zufl uss von neuen Ideen zu den deutschen Quellen und zum Aufbau von internationalen Kollaborationen, die von den jeweiligen Großgeräten ausgehen. Dieser Aspekt ist extrem wichtig für die Lebendigkeit der Erforschung kondensierter Materie in Deutschland. HMI Der Forschungsreaktor BER II des HMI, der 1973 in Betrieb gegangen war, wurde 1985 still gelegt und in den folgenden sechs Jahren vollständig erneuert. Seit 1992 steht nun ein moderner Mittelfl ussreaktor (Neutronenfl ussdichte: 1,2 ∙ 10 14 n cm -2 s -1 ) mit thermischen Strahlrohren, kalter Quelle und bis vor kurzem einer, jetzt zwei Neutronenleiterhallen der nationalen und internationalen Neutronenstreugemeinde zur Verfügung. Zur Instrumentierung am neuen Reaktor und zur Organisation des Nutzerbetriebes wurde das Berliner Neutronenstreuzentrum BENSC am HMI eingerichtet. BENSC verfügt über ein nahezu komplettes Spektrum an Neutronenstreuinstrumenten. 14 Geräte werden im regulären Gästebetrieb angeboten, wobei 70 % der Messzeit an externe Nutzer über ein international besetztes Auswahlgremium vergeben wird. Weitere sechs Geräte stehen externen Nutzern auf spezielle Anfrage zur Verfügung. Hinzu kommen Messplätze für die Neutronenaktivierungsanalyse und mehrere Bestrahlungsplätze. Eine Station für Neutronentomographie ist zurzeit im Aufbau. Mit dieser Ausstattung und seiner Spezialisierung auf Hochfeldprobenumgebung entwickelte sich BENSC zu einem international beachteten Neutronenstreuzentrum mit dominant hohem Anteil an ausländischen Messgästen. Methoden- und Geräteentwicklung Eine besondere Stärke von BENSC liegt in der Entwicklung und Bereitstellung von extremer Probenumgebung für höchste Magnetfelder (bis zu 17 T) und tiefste Temperaturen (routinemäßig bis herab zu 30 mK). Weitere Stärken liegen in der Entwicklung innovativer neutronenoptischer Systeme für Strahlextraktion, Strahlführung und Neutronenpolarisation sowie in der Entwicklung neuer Instrumentkonzepte für kontinuierliche und gepulste Quellen. Beispiele dafür sind das neuartige Multispektral-Extraktionssystem für die zweite Neutronenleiterhalle, das gleichzeitig thermische und kalte Neutronen in einen Leiter einkoppelt, sowie die Weiterentwicklung der Spinecho-Methode (Weitwinkel-Spinechogerät SPAN) und der TOF-Technik für kontinuierliche Quellen („TOF-Monochromator“, Multiplexing-Choppersysteme). Insbesondere für die Instrumentoptimierung an gepulsten Quellen wurde die Simulationssoftware VITESSE entwickelt. Forschungsschwerpunkte Schwerpunkte der Forschung bei BENSC liegen auf dem Gebiet des Magnetismus und der Materialwissenschaften sowie in zunehmendem Maße auf dem Gebiet der weichen Materie, für das zur Zeit eine zusätzliche Abteilung eingerichtet wird. Durch komplementäre Nutzung der Synchrotronstrahlung an eigenen Beamlines bei der Berliner Synchrotronanlage BESSY werden diese Forschungsrichtungen weiter gestärkt. Zusätzlich beteiligt sich das HMI am FRM-II mit einem Instrument für industrienahe Eigenspannungs- und Texturanalyse (STRESSPEC). Nutzung der vorhandenen Anlagen durch die Industrie wird besonders unterstützt. Die Zukunft Für künftige Aufgaben als zweites nationales Zentrum neben dem FRM-II rüstete sich das HMI durch den Bau einer zweiten Leiterhalle. Damit kann die führende Stellung von BENSC auf dem Gebiet der Hochfeldexperimente weiter ausgebaut werden: Ein 25 T Kryomagnet in Kombination mit einem neuen Flugzeitdiffraktometer (EXED) ermöglicht Neutronenstreuung bei höchsten Magnetfeldern. EXED wird durch das neu entwickelte Multispektral-Extraktionssystem mit einem Neutronenstrahl hoher Intensität und besonders breitem Wellenlängenband versorgt. Es eröffnet bisher unerreichte Möglichkeiten in der hochaufl ösenden Neutronendiffraktion. Von der Strahlqualität eines ballistischen Leiters wird das weltweit einzigartige Weitwinkel-Spinechogerät (SPAN) profi tieren. Die Instrumentierung in der neuen Halle wird komplettiert durch eine neuartige hochaufl ösende Kleinwinkelstreuanlage (VSANS). 72 HMI 73
Seite 1 und 2: Forschung mit Neutronen in Deutschl
Seite 3 und 4: Vorbemerkung Das Komitee für die F
Seite 5 und 6: Roadmap Das Komitee für die Forsch
Seite 7 und 8: Wissenschaftliches Potential der Fo
Seite 9 und 10: Magnetisches Dipolmoment Das Neutro
Seite 11 und 12: Komplexität Die Strategie der Natu
Seite 13 und 14: Mögliche zukünftige Anwendungen:
Seite 15 und 16: Polymerdynamik in der Schmelze Im z
Seite 17 und 18: a b Neutronenforschung an komplexen
Seite 19 und 20: Cu-O-Ebenen zu verstehen, die wiede
Seite 21 und 22: Eingeschränkte Dimensionalität Di
Seite 23 und 24: Blick in das Innere von Nanoröhren
Seite 25 und 26: Ausstrahlung der Forschung mit Neut
Seite 27 und 28: Mobilität Personen- und Güterverk
Seite 29 und 30: Erfolgschancen der Neutronentherapi
Seite 31 und 32: Stellung in der internationalen For
Seite 33 und 34: Nutzergemeinde, Zugang zu den Neutr
Seite 35: • Proposals für Experimente in J
Seite 39 und 40: FRM-II Der FRM-II hat ein einziges
Seite 41 und 42: Gößere Detektorfläche Mit großf
Seite 43 und 44: Phasenraum: Volumen und Transformat
Seite 45 und 46: SNS In den Vereinigten Staaten wird
Seite 47 und 48: Ergebnisse der Nutzerumfrage Um ein

Status und Perspektiven - SNI-Portal

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?