Ultrakalte Neutronen in Mainz

In ihrer mehrjährigen Zusammenarbeit zur Herstellung von ultra­kalten Neu­tronen haben Wissen­schaftler der TU München und der Uni Mainz ein neues Kapitel aufge­schlagen. Am Forschungs­reaktor TRIGA Mainz bauten sie eine zweite Quelle für ultra­kalte Neutronen, die nach ersten Tests außer­ordent­liche Ergeb­nisse liefert. Experi­mente mit ultra­kalten Neutronen sind insbe­sondere für die physi­ka­lische Grund­lagen­forschung in der Kosmo­logie und Teilchen­physik von Bedeutung. Zu diesem Zweck werden freie Neutronen stark gekühlt und dadurch in ihrer Bewegung so weit ver­lang­samt, dass sie in spe­ziellen Gefäßen gespei­chert werden können.

In Mainz wurde 2006 die erste Quelle für ultrakalte Neutronen eingerichtet. Auf­grund der Erfah­rungen mit dieser Anlage konnte im Rahmen des Ex­zel­lenz­clusters „Preci­sion Physics, Funda­mental Inter­actions and Struc­ture of Matter“, kurz PRISMA, eine opti­mierte Quelle am Strahl­rohr D des TRIGA Mainz errichtet werden. 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.

Im vergangenen Winter haben die Wissenschaftler am Strahlrohr C die zweite Neutronen­quelle einge­richtet. Die Kompo­nenten stammen von der TU München, 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 vom Heinz-Maier-Leibnitz-Zentrum, der schon bei den Anfängen 2006 mit dabei war.

Die Wissenschaftler der TU München nutzen die Tests und Erfah­rungen mit der Anlage in Mainz für eine Hoch­effi­zienz­quelle, die später an der For­schungs-Neutronen­quelle Heinz-Maier-Leibnitz in Garching mit einer Leistung von zwanzig Mega­watt errichtet werden soll. „Wir testen hier einzelne Kompo­nenten und nutzen dies zur Material­ent­wick­lung für unseren künf­tigen Quel­len­­auf­­bau“, erklärte Stephan Paul von der TU München. 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 TU München, dass der Aufbau in kurzer Zeit so gut gelungen ist“, sagte Tobias Reich von der Uni Mainz. „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 Uni Mainz und der Forschungs-Neutronen­quelle Heinz-Maier-Leibnitz der TU München läuft zunächst für drei Jahre. Eine Verlän­gerung ist geplant. Das Projekt wurde durch das Schwer­punkt­programm SPP 1491 der DFG gefördert.

JGU / RK