Neutronen im Schneckentempo

In ihrer mehrjährigen Zusammenarbeit zur Herstellung von ultrakalten Neutronen haben Wissenschaftler der TU München (TUM) und der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ein neues Kapitel aufgeschlagen. Am Forschungs­reaktor TRIGA Mainz haben sie eine zweite Quelle für ultrakalte Neutronen aufgebaut, die nach ersten Tests außer­ordentliche Ergebnisse liefert. Ungebundene freie Neutronen sind instabil und existieren nur für kurze Zeit. Experimente mit ultra­kalten Neutronen sind insbesondere für die physikalische Grundlagen­forschung in der Kosmologie und Teilchen­physik von Bedeutung. Zu diesem Zweck kühlt man freie Neutronen stark und verlangsamt sie dadurch in ihrer Bewegung so weit, dass sie sich in speziellen Gefäßen speichern lassen.

In Mainz wurde 2006 zusammen mit der TUM die erste Quelle für ultra­kalte Neutronen eingerichtet. Aufgrund der Erfahrungen mit dieser Anlage konnten die Forscher im Rahmen des Exzellenz­clusters „Precision Physics, Fundamental Inter­actions and Structure of Matter" (PRISMA) eine optimierte Quelle am Strahlrohr D des TRIGA Mainz errichten. Sie steht als User Facility auch externen Nutzern zur Verfügung und wird zum Beispiel zur Messung der Lebenszeit des freien Neutrons genutzt. Diese Quelle wird hauptsächlich im Impuls­betrieb betrieben.

Nun haben Münchner und Mainzer Wissenschaftler im vergangenen Winter am Strahlrohr C die zweite Neutronen­quelle eingerichtet. Die Komponenten stammen von der TUM, wurden nach Mainz transportiert und hier innerhalb einer Woche installiert. „Wir haben in den letzten zehn Jahren einiges dazugelernt und das Strahlrohr C in verbesserter Form wieder aufgebaut“, sagte Andreas Frei von der Forschungs­neutronen­quelle Heinz-Maier-Leibnitz (FRM II), der schon bei den Anfängen 2006 mit dabei war.

Die Münchner Wissenschaftler nutzen die Tests und Erfahrungen mit der Anlage in Mainz für eine Hoch­effizienz­quelle, die später am FRM II in Garching mit einer Leistung von zehn Megawatt errichtet werden soll. „Wir testen hier einzelne Komponenten und nutzen dies zur Material­entwicklung für unseren künftigen Quellen­aufbau“, erklärte Stephan Paul von der TUM. Mit der geplanten Anlage sollen grund­legende Fragen zu den Eigenschaften des Neutrons erforscht werden.

„Das neue Strahlrohr liefert hervorragende Ergebnisse, und wir freuen uns zusammen mit unseren Partnern von der TUM, dass der Aufbau in kurzer Zeit so gut gelungen ist“, sagte Tobias Reich von der JGU. „Wir erwarten in Zukunft zudem neue Erkenntnisse, wie eine Quelle für ultrakalte Neutronen noch weiter verbessert werden kann.“ Die neue Einrichtung am Strahlrohr C steht in den kommenden Jahren ebenfalls anderen Forscher­gruppen zur Verfügung. Diese Quelle liefert nicht nur ultra­kalte, sondern auch kalte Neutronen, die zum Beispiel für Struktur­untersuchungen verwendet werden können.

Die Kooperations­vereinbarung zwischen der JGU und der Forschungs­neutronen­quelle Heinz-Maier-Leibnitz der TUM läuft zunächst für drei Jahre. Eine Verlängerung ist geplant. Das Projekt wurde durch das Schwerpunkt­programm SPP 1491 der Deutschen Forschungs­gemeinschaft (DFG) gefördert.

JGU / DE