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Grundlagenforschung an ultrakalten Neutronen

Anlage steigert Ausbeute von ultrakalten Neutronen deutlich

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Mainzer UCN-Quelle auf internationalem Niveau konkurrenzfähig

Mit diesem Maßnahmenbündel ist es gelungen, 8,5 ultrakalte Neutronen pro Kubikzentimeter zu speichern. „Gegenüber der letzten Messung vor einem halben Jahr haben wir die Ausbeute um das Dreieinhalbfache gesteigert“, erklärt Prof. Dr. Norbert Trautmann vom Institut für Kernchemie. Als Speichergefäß diente jeweils ein standardisierter Zylinder aus Edelstahl, den das Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz speziell für normierte Messungen bereitstellt. Das Gefäß hat ein Volumen von 32 Liter, entspricht damit in etwa den typischen Speichergefäßen für Experimente und kommt weltweit zum Einsatz. Es gilt derzeit als die verlässlichste Methode für derartige Messungen. 8,5 UCN pro Kubikmeter bringt Mainz in die Spitzenliga, heißt es in einer Pressemitteilung. „Wir sind jetzt mit den besten Instituten voll konkurrenzfähig“, sagt Heil.

„Die höhere UCN-Dichte ist besonders für die Lebensdauerexperimente wichtig, die Ende des Jahres starten sollen“, erläutert Prof. Dr. Tobias Reich, Leiter des Instituts für Kernchemie, das den TRIGA-Reaktor beherbergt. Diese Experimente erfolgen im Rahmen des Exzellenzclusters „Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter“ (PRISMA), der den Ausbau von Infrastruktur und Personal an der Mainzer UCN-Quelle unterstützt hat. Die Wissenschaftler versprechen sich von der verbesserten Leistung in Zukunft eine neue Qualität der Experimente in wesentlich kürzerer Zeit. Die genaue Bestimmung der Lebensdauer des freien Neutrons ist von größtem Interesse, weil die beiden üblicherweise benutzten Methoden – die Speicherung von ultrakalten Neutronen in materiellen Gefäßen und die sogenannte Neutron-Strahlmethode mit dem Nachweis der Zerfallsprodukte (Protonen) im Flug – unterschiedliche Ergebnisse liefern, was entweder an unerkannten systematischen Fehlern liegt oder auf eine „neue Physik“ hinweist.

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Die UCN-Messungen erfolgten am Strahlrohr D des TRIGA Mainz. Diese Quelle wird hauptsächlich im Impulsbetrieb gefahren und steht auch externen Nutzern zur Verfügung. „Für künftige Experimente, beispielsweise für Lebensdauermessungen, können wir die Quelle drei Wochen durchgehend im Zweischichtbetrieb von 8 bis 24 Uhr nutzen“, ergänzt Dr. Christopher Geppert, Betriebsleiter des Reaktors.

Originalpublikation: J. Kahlenberg et al., Upgrade of the ultracold neutron source at the pulsed reactor TRIGA Mainz, The European Physical Journal A 53:226, 28. November 2017, DOI:10.1140/epja/i2017-12428-9

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