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Charakterisierung von hochenergetischen Neutronen-Kalibrierfeldern an externen Anlagen

An der Beschleunigeranlage PIAF der PTB werden Neutronen mit einer maximalen Energie von 20 MeV erzeugt. Für viele Fragestellungen werden aber Neutronen höherer Energie benötigt. Dazu zählt zum Beispiel die Entwicklung von Messgeräten zur Verbesserung des Strahlenschutzes an Hochenergiebeschleunigern, bei der Strahlentherapie mit hochenergetischen Teilchen oder bei Weltraummissionen. Ein weiteres Beispiel ist die Untersuchung von Kernreaktionen, die zu dem durch kosmogene Neutronen erzeugten Untergrund in den Experimenten der Neutrinophysik beitragen.

Die PTB nutzt für solche Aufgaben die Beschleunigeranlage am Opens external link in new windowiThemba Laboratory for Accelerator Based Sciences (iThemba LABS) in Kapstadt. Dort können mit der Reaktion 7Li(p,n) gebündelte Neutronenstrahlen im Energiebereich von etwa 35 MeV bis 200 MeV erzeugt werden. Im Gegensatz zu den monoenergetischen Kalibrierfeldern in der PTB sind die Neutronenstrahlen an iThemba LABS quasi-monoenergetisch, d.h. sie haben ein hochenergetisches Intensitätsmaximum und ein sich daran anschließendes niederenergetisches Kontinuum.

Quasimonoenergetische Energieverteilung von hochenergetischen Neutronenfeldern, wie sie an der Anlage von iThemba LABS erzeugt werden können. Die Breite des hochenergetischen Maximums ist teilweise durch die Zeitauflösung der Flugzeitmessung bestimmt.

Experimente an der Anlage in Kapstadt sind wegen der großen Entfernung und des beträchtlichen logistischen Aufwands nur in größeren Zeitabständen möglich. Sie können nur in Zusammenarbeit mit den südafrikanischen Partnern und nach positiver Begutachtung durch das Programmkomitee von iThemba LABS durchgeführt werden.

Die PTB bemüht sich darum, die Neutronenstrahlanlage in Zusammenarbeit mit dem französischen Metrologieinstitut IRSN und iThemba LABS zu modernisieren und den Betrieb auf eine neue vertragliche Basis zu stellen.

Literatur

  • H. Harano and R. Nolte:
    Quasi-monoenergetic neutron standards above 20 MeV
    Metrologia 48 (2011) S292-S303

  • M. Mosconi, E. Musonza, A. Buffler, R. Nolte, S. Röttger, F.D. Smit:
    Characterisation of the high-energy neutron beam at iThemba LABS
    Radiat. Meas. 45 (2010) 1342-1345