Neutronen für die Forschung oder Medizin werden fast ausschließlich in Forschungsreaktoren durch Kernspaltung oder mit Teilchenbeschleunigern produziert. Bei zweiterer Methode werden in einem Teilchenbeschleuniger Elektronen, Protonen oder Deuteronen beschleunigt und auf ein Target geschossen, aus dem dann durch Kernprozesse Neutronen herausgeschlagen werden. Dies nennt man dann “Accelerator-driven Neutron Sources” kurz ANS und es gibt sie in zwei Versionen.

  1. Als Spallationsquelle: Die Protonen müssen auf 0,5-2GeV beschleunigt werden und werden in einem schweren Target (Blei oder Wolfram) abgebremst. Die Spallation ist eine intranukleare Kaskade, die pro einfallendem Proton ca. 30 Neutronen produziert. Die gerade im Bau befindliche European Spallation Source mit dem größten Linearbeschleuniger der Welt wird die stärkste Neutronenquelle weltweit werden.

  2. Als kompakte Quelle, CANS: Die Protonen werden nur auf 1-100MeV beschleunigt und auf ein leichtes Target (meistens Beryllium) geschossen. Dabei entstehen nur ca. 0.01 Neutronen pro ankommendem Proton.

Kompakte Quellen haben den Vorteil, dass sie wesentlich kleiner und günstiger gebaut werden können als große Spallationsquellen. Während die ESS 1,5 Milliarden € kostet und mehrere Kilometer lang ist, kann eine CANS (wie z.B. die RANS in Japan) nur 15m lang sein und 1,5 Millionen € kosten. Natürlich haben CANS wesentlich geringere Neutronenflüsse, aber der Vorteil ist überhaupt erst mal Neutronen zu haben, die ja eben nur in nuklearen Prozessen entstehen und für die man sich bisher einen Forschungsreaktor mit hoch angereichertem Uran in den Garten stellen musste.

Eine Konkurrenz für CANS sind Neutronengeneratoren auf Fusionsbasis und lasergetriebene Beschleuniger. Allerdings sind beide Techniken aktuell noch nicht so weit, um Teilchenbeschleuniger in dieser speziellen Aufgabe zu ersetzen.

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Kommentare (2)

  1. #1 Ludger
    10. Juni 2015

    Bei uns stand in der Schule in der Physik-Sammlung ca. 1964 noch ein waschmaschinengroßer Zylinder aus Stahlblech, welcher mit Paraffin gefüllt war und eine Radium-Beryllium-Neutronenquelle enthielt. Das Ding wurde schon seit Jahren aus Strahlenschutzgründen nicht mehr benutzt. Unser damaliger Physiklehrer hatte damit wohl bis Ende der der 50-er Jahre noch experimentiert und sorgte sich 1964 wegen der Spätfolgen der Strahlenbelastung. Warum sind diese Neutronenquellen nicht mehr gebräuchlich?

  2. #2 Tobias Cronert
    10. Juni 2015

    Solche Neutronenquellen sind durchaus noch gebräuchlich. In unserem Detektorlabor haben wir z.B. so eine um unsere Detektoren zu testen. Aber es würde sich niemand so eine neu anschaffen.

    Grundsätzlich sind sie extrem schwach und haben nur ein paar Neutronen pro Sekunde in alle Himmelsrichtungen und produzieren Atommüll, der beseitigt werden muss.
    Dagegen bekommt man eine Fusionsquelle schon ab 200k€ die per Knopf an und ausgeschaltet werden kann und keinen Müll produziert.