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Neutronenwirkungsquerschnitte

Das am Zyklotron installierte Flugzeitspektrometer ermöglicht die Messung von differentiellen Neutronenstreuwirkungsquerschnitten, Neutronenemissionsspektren und Neutronenaktivierungsquerschnitten im Energiebereich zwischen 2,7 MeV und 15 MeV. Die Neutronen werden mittels der 15N(p,n)- und der 2H(d,n)-Reaktion erzeugt. Die Anlage ist auf den Energiebereich von 6 MeV bis 15 MeV optimiert, in dem keine monoenergetischen Neutronen durch Kernreaktionen erzeugt werden können. Dieser Energiebereich ist insbesondere für die Auslegung von Experimenten zur kontrollierten Kernfusion, z. B. für das Opens external link in new windowITER-Projekt, relevant.

Die Flugzeiten der gestreuten Neutronen, und damit deren kinetische Energien, werden auf einer Flugstrecke von 12 m gemessen. Auf Grund des massiven Kollimationssystems werden nur Neutronen in fünf unterschiedlichen Richtungen nachgewiesen. Um die Zahl der Streuwinkel zu erhöhen, wurde das Zyklotron fahrbar auf eine kreisförmige Schiene montiert. Dadurch können durch eine geeignete Auswahl der Zyklotronposition Messungen mit Streuwinkeln zwischen 12,5° und 160° durchgeführt werden.

Die am Flugzeitspektrometer gemessenen Kerndaten werden an die internationale Opens external link in new windowDatenbasen für experimentelle Kerndaten (Opens external link in new windowEXFOR) übermittelt und bei der Erstellung von Bibliotheken evaluierter Kerndaten wie Opens external link in new windowJEFF (Joint European File for Fission and Fusion) oder Opens external link in new windowENDF (Evaluated Nuclear Data File) berücksichtigt.

Links: Flugzeitspektrum der an einer Bleiprobe gestreuten Neutronen. Die Strukturen auf der linken Seite entstehen durch inelastische Streuung, bei der der Bleikern in einen Anregungszustand versetzt wird. Das hohe Maximum,m auf der rechten Seite entspricht der elastischen Streuung, bei der der Atomkern im Grundzustand verbleibt.
Rechts: Wirkungsquerschnitt für inelastische Streuung für den ersten Anregungszustand des Bleiisotops 206Pb. Die durch die roten Symbole bezeichneten Daten wurden im Rahmen einer Promotion am Flugzeitspektrometer gemessen. Dabei wurde erstmals die 15N(p,n)-Reaktion als Neutronenquelle eingesetzt.

Literatur

  • D. Schmidt:
    Determination of Neutron Scattering Cross Sections with High Precision at PTB in the Energy Region 8 MeV to 14 MeV
    Nucl. Sci. Eng. 160 (2008) 349 - 362