Quellen für Neutronenstrahlung: Forschungsreaktoren - SNI-Portal

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

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 Mittelflussquellen 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 Mittelflussquellen sind im Allgemeinen etwas länger und erlauben ein Nachmessen, ein sehr wichtiger Aspekt für die Nachwuchsausbildung. Sehr viele methodische Entwicklungen sind an den Mittelflussquellen gelaufen, bevor sie auf die Hochflussquellen übertragen wurden. Beispiele hierfür sind die Entwicklung der Kleinwinkelstreuung und der hochauflösenden 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 Mittelflussquellen 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 Mittelflussquellen. Diese Internationalisierung führt zu einem Zufluss 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. 72 HMI 73 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 Mittelflussreaktor (Neutronenflussdichte: 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 hochauflösenden Neutronendiffraktion. Von der Strahlqualität eines ballistischen Leiters wird das weltweit einzigartige Weitwinkel-Spinechogerät (SPAN) profitieren. Die Instrumentierung in der neuen Halle wird komplettiert durch eine neuartige hochauflösende Kleinwinkelstreuanlage (VSANS).
GKSS Das GKSS Forschungszentrum betreibt seit 1958 den Forschungsreaktor FRG-1. Im Rahmen laufender Modernisierungen wurde eine kalte Quelle für langwellige Neutronen sowie eine Leiterhalle gebaut, der nukleare Brennstoff von hoch- auf niedrig angereichertes Uran umgestellt und der Neutronenfluss auf 1,4 ∙ 10 14 n/cm 2 erhöht. Mit 250 Betriebstagen im langjährigen Jahresdurchschnitt bietet der FRG-1 eine besonders hohe Verfügbarkeit. Rund 60 % der Strahlzeit wird externen Nutzern zur Verfügung gestellt. Strahlzeit kann jederzeit beantragt werden, um nach externer Begutachtung einen möglichst schnellen Zugang zu gewährleisten. Instrumente Es werden 10 Instrumente betrieben, von denen etwa die Hälfte für die ingenieurwissenschaftliche Materialforschung optimiert ist. Damit bietet GKSS externen Nutzern komplementär zur Schwerpunktbildung anderer Zentren ein besonders umfassendes und anwendungsnahes Angebot an: • Eigenspannungs- und Texturmessungen an Werkstoffen und Schweißnähten, z. B. für neue Fertigungsverfahren für den Airbus A 380 oder an leichteren Bauteilen aus Mg für den Fahrzeugbau. • Kleinwinkelstreuung, z. B. zur Untersuchung von festigkeitssteigernden Ausscheidungen in Hochleistungsstählen oder neuartigen Leichtbauwerkstoffen für Flugzeugturbinen • Neutronenradiographie und Tomographie, z. B. zur Qualitätssicherung von Teilen der Ariane-V Rakete im Rahmen von Industrieaufträgen. Darüber hinaus stehen Reflektometer zur Untersuchung von magnetischen und biologischen Nanostrukturen, z. B. von magnetischen Speichermedien mit höherer Speicherdichte oder von biologischen Membranen im Hinblick auf die Wirksamkeit neuartiger Antibiotika, zur Verfügung. Eine zweite Kleinwinkelstreuanlage wird vornehmlich für die Untersuchung weicher Materie, wie z. B. Kolloidgemischen oder Formgedächtnispolymeren für die regenerative Medizin, angeboten. Industrielle Nutzung Aufgrund der Anwendungsnähe seiner Instrumentierung sowie der Eigenforschung bei GKSS hat der FRG-1 einen besonders hohen Anteil industrieller Nutzung und Kollaborationen. Methodenentwicklung GKSS hat wesentliche Beiträge zur Weiterentwicklung von Methoden der Neutronenforschung geleistet. So wurde für die Untersuchung von biologischen Makromolekülen ein neues Verfahren zur Strukturaufklärung mittels Kernspinpolarisation entwickelt, Kleinwinkelstreuung mit polarisierten Neutronen erstmals eingeführt und die heute weltweit in den meisten Kleinwinkelstreuanlagen eingesetzten Geschwindig keitsselektoren zur Neutronenmonochromatisierung entwickelt. Die Zukunft Der Betrieb des FRG-1 ist bis Ende 2009 gesichert. In Vorbereitung auf eine mögliche Abschaltung nach Ende 2009 plant GKSS ein verstärktes Engagement am FRM-II und evtl. am ILL. GKSS wird daher auch im kommenden Jahrzehnt Neutroneninstrumentierung in seinen o. g. Kompetenzfeldern anbieten. Als Nukleus der GKSS-Außenstelle am FRM-II betreibt GKSS bereits das innovative Hochflussreflektometer REFSANS, das neue Möglichkeiten, u. a. bei der Untersuchung von Flüssigkeitsgrenzflächen, eröffnet. 74 GKSS / FZJ 75 FZJ Seit 1962 betreibt das Forschungszentrum Jülich den Forschungsreaktor FRJ-2, der mit einer Flussdichte von 2,9 ∙ 10 14 n/cm 2 s nach dem FRM-II die leistungsfähigste deutsche Neutronenquelle ist. In der Reaktorhalle und einer externen Leiterhalle für kalte Neutronen befinden sich insgesamt 17 Strahlexperimente, die das ganze Spektrum von Streuinstrumenten abdecken, von der Diffraktion über Kleinwinkelstreuung und Spektroskopie bis hin zu höchstauflösenden Spinecho- oder Rückstreuinstrumenten. Alle Instrumente stehen externen Nutzern über ein Antragsverfahren zur Verfügung. Etwa 60 % der Experimente werden durch externe Nutzergruppen durchgeführt, der Rest dient der Eigenforschung. Methodenentwicklung Traditionell liegt eine große Stärke des Jülicher Zentrums bei der Methodenentwicklung. Viele Instrumente, die heute zum Standardrepertoire an modernen Quellen gehören, wurden erstmalig in Jülich realisiert, so etwa die erste Neutronenkleinwinkelstreuanlage, ein dediziertes Instrument zur Messung diffuser Neutronenstreuung oder – nachdem das Prinzip am FRM-I gezeigt wurde – ein Rückstreuspektrometer. Neuere Entwicklungen betreffen die erste Kleinwinkelanlage mit fokussierender Optik, Reflektometrie mit Polarisationsanalyse für offspekuläre Streuung, vektorielle Polarisationsanalyse für Flugzeitinstrumente, Phasenraumtransformation etc. In Jülich gebaute Komponenten, wie Szintillationsdetektoren oder schnell drehende magnetgelagerte Chopper, haben weltweite Verbreitung gefunden. Schließlich ebneten Jülicher Arbeiten den Weg zu den MW-Spallationsquellen, indem hier wesentliche Fortschritte, etwa beim Targetdesign, erzielt wurden. Wissenschaftliche Schwerpunkte Die wissenschaftliche Kompetenz der Neutronenstreugruppen in Jülich liegt einerseits auf dem Gebiet der weichen Materie, mit einem Schwerpunkt bei der Polymerphysik, andererseits im Bereich des Magnetismus mit Schwerpunkten im Nanomagnetismus und bei korrelierten Elektronensystemen. Die Neutronenstreuung ist eine tragende Säule im Methodenspektrum des Departments „Institut für Festkörperforschung“. Beide Forschungsschwerpunkte sind eingebettet in das HGF- Programm „Kondensierte Materie“. Die Zukunft Der Forschungsreaktor FRJ-2 soll im Mai 2006 stillgelegt und anschließend rückgebaut werden. Wegen der grundlegenden Bedeutung der Streumethoden in der Forschung kondensierter Materie beabsichtigt das Forschungszentrum Jülich, die Neutronenstreuung zu stärken und die in Jülich vorhandene methodische Kompetenz an anderen Quellen einfließen zu lassen. Zu diesem Zweck wird das „Jülich Centre for Neutron Science“ gegründet, mit Außenstellen am FRM-II, am ILL und an der SNS. In Garching ist der Betrieb von sieben Streuinstrumenten mit entsprechender Infrastruktur geplant. Die Jülicher Instrumente ergänzen die Instrumentierung am FRM-II optimal, indem sie Lücken schließen im Bereich der Kleinwinkelstreuung, der höchstauflösenden Spektroskopie und der Polarisationsanalyse. Auch in Garching wird das FZJ sein bewährtes Konzept fortführen und über die Bereitstellung von Strahlzeit an den Neutroneninstrumenten hinaus Fachwissen und spezialisierte Laboreinrichtungen in den Kompetenzfeldern des Instituts für Festkörperforschung anbieten. An der SNS wird das FZJ ein Spinecho-Spektrometer der nächsten Generation mit bisher unerreichten Werten bzgl. Auflösung und dynamischem Bereich bauen. Durch diese Investition in die dortige Infrastruktur werden deutsche Nutzer zumindest in beschränktem Rahmen über das FZJ einen Zugang zu dieser Quelle der nächsten Generation erhalten.
Seite 1: Quellen für Neutronenstrahlung: Fo

Quellen für Neutronenstrahlung: Forschungsreaktoren - SNI-Portal

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?