Die High Brilliance Neutron Source ist eine Neutronenquelle auf Basis eines Teilchenbeschleunigers und die Antwort aus Jülich auf das europaweite Aussterben von Forschungsreaktoren zur Neutronenproduktion. Sie erlaubt es ähnlich viele Neutronen für Streuexperimente zur Verfügung zu stellen, wie die mittlerweile ausgemusterten Reaktoren ohne dafür spaltbares Material zu verwenden oder ernsthaft Atommüll zu produzieren.

Herzstück der HBS ist ein Target/Moderator System in dem Protonen oder Deuteronen auf ein leichtes Beryllium Target geschossen werden und dort niederenergetische Neutronen herausschlagen. Grundsätzlich funktioniert das Prinzip ähnlich, wie bei der Spallation aber die Be(d,n) Kernreaktion ist ein gutes Stück ineffizienter. Dafür haben die produzierten Neutronen eine wesentlich geringere Energie und können somit um einiges effektiver genutzt werden. Diese effiziente Kopplung von Projektil, Target, Moderation und Neutronenoptik soll es dann schließlich erlauben in Bereichen zu gelangen, in denen die Anzahl an effektiv genutzten Neutronen in die gleichen Größenordnungen vorstoßen, die derzeit an Mittelfluss-Forschungsreaktoren verwendet werden. Dies alles verbirgt sich hinter dem Schlagwort “Brilliance”.

Eine grobe Konzeptskizze der HBS. Ein Teilchenbeschleuniger versorgt drei Targetstationen in denen Neutronen mit unterschiedlichen Repititionsraten und Pulslängen für verschiedenen Instrumente bereitgestellt werden.

Eine grobe Konzeptskizze der HBS. Ein Teilchenbeschleuniger versorgt drei Targetstationen in denen Neutronen mit unterschiedlichen Repititionsraten und Pulslängen für verschiedenen Instrumente bereitgestellt werden.

Die Neutronenlandschaft in Deutschland und Europa hat ein Problem. Wie ich hier schon mal erzält habe werden immer mehr alte Forschungsreaktoren abgeschaltet und so erscheint für die baldige Zukunft (in ca. 5 Jahren) eine deutliche Unterversorgung am Horizont. Dies könnte nur durch den Neubau von Neutronenquellen abgemildert werden und da in Deutschland sicher kein Reaktor mehr gebaut werden wird bleibt grundsätzlich nur die Möglichkeit der Spallation oder der kompakten beschleunigergetriebenen Neutronenquelle (CANS).

Eine Spallationsquelle ist finanziell und bautechnisch sehr kompliziert zu realisieren, denn die hohen Neutronenenergien machen es notwendig, dass viele bauliche und ingenieurstechnische Hürden überwunden werden müssen. Dies ist grundsätzlich zwar möglich wie der fortschreitende Bau der ESS, der leistungsfähigsten Neutronenquelle der Welt, aktuell jeden Tag auf neue zeigt, aber es ist auch eben das… Zeit- und Kostenintesiv.

Wenn wir uns andere Techniken und Verfahren angucken, wie z.B. Röntgen (Photonen) oder Simulationen am Computer, dann fällt auf, dass es diese Verfahren in allen Größenordnungen gibt. Es gibt die Großgeräte, wie Synchrotrons, Frei-Elektronen-Laser und Supercomputer auf internationaler Ebene. Auf mittlerer Ebene gibt es Laboröntgenquellen und kleinere Rechencluster in größeren Universitäten oder Forschungseinrichtungen und schließlich existieren kleine Endgeräte, wie medizinische Röntgengeräte und Desktop PCs. Lediglich für Neutronen gibt es diese Einteilung nicht. Hier gibt lediglich Großgeräte mit der entsprechenden Aktivierungsbarriere diese überhaupt benutzen zu können und zu dürfen.

Die HBS selber soll ein Großgerät sein, dass die Rolle früherer Forschungsreaktoren ausfüllen kann. Aber die Technik, die hier die Brillianz und Kosteneffektivität erzeugt ist grundsätzlich verkleinerbar, so dass mit dem gleichen Wirkungsprinzip und den Kenntnissen, die beim Bau der HBS gewonnen werden, die Entwicklung von leistungsstarken Laborquellen und ggf. noch kleineren Endgeräten möglich ist.

Seit der Erfindung von Linsen und Mikroskopen haben wir mit jeder neuen Technik und jeder neuen Leistungsstufe tiefe und bessere Einblicke in die Welt um uns herum bekommen. Diese Entwicklung wird auch in der Neutronentechnik weiteregehen und immer leistungsfähigere Quellen hervorbringen. Aber gleichzeitig ist es genauso wichtig für eine gute Basis zu sorgen und jedes Schulkind, dass sich mit einem Mikroskop die Struktur eines Blattes anguckt, legt damit den Grundstein für die Wissenschaft von morgen. Wenn sich jeder Bachelorstudent im Praktikum schon mit polarisierten Neutronen komplexe magnetische Strukturen angucken kann… zu was wird dieser Student dann erst nach seiner Ausbildung in der Lage sein?

Kommentare (8)

  1. #1 JW
    19. April 2016

    Sehr informativer Artikel, nur eine Info fehlt mir: wann wird das Teil gebaut oder fertig oder so?

  2. #2 Anonymous
    19. April 2016

    LOL

  3. #3 Anonymous
    19. April 2016

  4. #4 Tobias Cronert
    19. April 2016

    @JW: Das ist eine sehr gute Frage auf die ich keine konkrete Antwort geben kann. Ich habe gerade die Komponente zur Neutronemoderation gebaut und teste sie (also gestern und heute und bis zum Ende des Monats *g*). Mein Kollege, der mir gerade gegnübersitzt und Nudeln verspeist baut das Konvertersystem von Protonen/Deuteronen zu Neutronen und das wird voraussichtlich Ende des Jahres seine ersten Neutronen hervorbringen.

    Bis die fertige Anlage steht wird es wohl 2020 oder 2030 werden. Aber sobald es etwas neues gibt erfahrt ihr es als erstes. 😉

  5. #5 DasKleineTeilchen
    terra
    19. April 2016

    “da in Deutschland sicher kein Reaktor mehr gebaut werden…”

    anknüpfung an OT/wendelstein und warum sich fefes blog sich eben *doch* manchmal lohnt:

    “Diesmal sind wir zu Besuch beim Wendelstein 7-X, dem Experiment beim Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald”

    http://blog.fefe.de/?ts=a9e8a436

    3 stunden superinteressanter podcast mit beteiligten.

  6. #6 Tobias Cronert
    19. April 2016

    Ja, OK ich gebe zu ich hätte schreiben müssen “kein Spaltreaktor” *g*
    Obwohl ich es sehr sehr toll finde drüber nachzudenken, ob man aus einem Fusionsreaktor einen Neutronenstrahl auskoppeln könnte… hm… OK, blos nicht meinen Chef auf dumme Ideen bringen.

  7. #7 Luk
    19. April 2016

    @Tobias
    Sowas gibts doch schon, hübsche kleine Röhren in denen mit Hochspannung ein paar Deuterium Kerne verschmolzen werden und Neutronen aussenden.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_generator

  8. #8 Tobias Cronert
    20. April 2016

    Jup, die StandartVariante kann man auch für 200k€ im Laden kaufen http://www.sodern.com/sites/docs_wsw/RUB_79/Genie16GT.pdf und wir haben auch eine im Keller stehen. Aber leider machen die nur 10^8 bzw 10^10 n/s cm^2 in alle vier Himmelsrichtungen und wegen Kühlprblemen (Fusion macht wesentlich mehr Wärme pro produziertem Neutron) können die auch nicht wirklich größer werden. Ich bräuchte aber 10^(13-15) n/s. Eine andere Alternative ist laserinduzierte Beschleunigung bzw. Fusion…. aber das ist auch noch weit von Praktikabel entfernt. Leider.