Neutronen-Erzeugung

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Neutronen-Erzeugung
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Inhalt

• Neutronenquellen
• Reaktoren
• Spallationsquellen
• Physik der Kernspaltung im Reaktor
• Materiewellen

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Erzeugung

• Neutronen entstehen bei Kernreaktionen. Für die
  Anwendung in Beugungsversuchen gibt es zwei
  Möglichkeiten, Neutronen zu erzeugen
• Im Kernreaktor, in ihnen entsteht ein
  kontinuierlicher Neutronenfluss
• Mit Spallationsquellen, sie erzeugen Neutronen
  Pulse

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Kettenreaktion bei der Kernspaltung

• 235U wird mit langsamen Neutronen beschossen, es
  zerfällt und sendet - im Mittel - drei Neutronen
  aus

Ein Zerall liefert etwa 3 Neutronen
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Vorgänge bei der Kernspaltung
Anteil in Natur-Uran 0,7 235U nimmt langsame Neutronen auf und zerfällt unter der Abgabe von 2 oder 3 Neutronen in zwei leichtere Kerne. Alle Reaktionsprodukte sind zusammen leichter als der Ausgangskern Dieser Massendefekt entspricht der freiwerdenden Energie.
Anteil in Natur-Uran 0,7
Langsame Neutronen spalten
1MeV 10MeV
Der Moderator bremst die Neutronen auf
im meV Bereich ab
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ILL Grenoble
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Strahlrohre im Reaktor
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Uwe Amann am Pulverdiffraktometer D2b
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Zur Energie-Erzeugung
Einheit
J Energie-Masse Äquivalenz (A. Einstein)
Lichtgeschwindigkeit
0,001 kg Massendefekt bei vollständiger Verbrennung von 1 kg
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Geschwindigkeitsverteilung für thermische
Neutronen (Maxwell-Verteilung)
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Photonen- und Materie-Wellen
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Geschwindigkeiten und Wellenlängen für thermische
Neutronen und nichtrelativistische Elektronen
Art und Masse des Teilchens Geschwindigkeit der Teilchen Energie De Broglie Wellenlänge
Art und Masse des Teilchens Geschwindigkeit der Teilchen
Neutron 1,672614 (11) 10-27 kg 3300 m/s 0,05 eV 0,12 nm 1,2 ?
Neutron 1,672614 (11) 10-27 kg 2200 m/s 0,025 eV 0,18 nm 1,8 ?
Elektron 9,109558 (54) 10-31 kg 1,9 108 m/s (schon nahe an c!) 100 keV 0,004 nm 0,04 ?
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Abgrenzung der Wellen- gegen die
Teilchen-Eigenschaften
Js Heisenbergsche Unschärferelation
Js Plancksches Wirkungsquantum
Der Ort ist eine charakteristische Eigenschaft
eines Teilchens, die Wellenlänge ( ph/?) die
einer Welle
Beide Eigenschaften sind nur bis zu der in der
Unschärferelation definierten Grenze messbar
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Beugung mit Materiewellen Molekularstrahl aus C60
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Beugungsbild
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Spallationsquellen

• Schwere Atomkerne (z.B. Pb) werden mit
  hochenergetischen Elektronen oder Protonen aus
  einem Beschleuniger beschossen
• Die Atomkerne zerfallen in ihre Bestandteile,
  dabei werden Neutronen frei

Ein Proton liefert etwa 30 Neutronen
Quelle http//www.kawo1.rwth-aachen.de/amarock/e
ss/pages/index2.htm
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Spallationsquellen

• Schwere Atomkerne (z.B. Pb) werden mit
  hochenergetischen Elektronen oder Protonen aus
  einem Beschleuniger beschossen
• Die Atomkerne zerfallen in ihre Bestandteile,
  dabei werden Neutronen frei

Ein Proton liefert etwa 30 Neutronen
Quelle http//www.kawo1.rwth-aachen.de/amarock/e
ss/pages/index2.htm
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Spallationsquellen
Target
Linear-beschleuniger
Strahlrohre
Moderator
Quelle http//www.kawo1.rwth-aachen.de/amarock/e
ss/pages/index2.htm
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Zusammenfassung

• Im Reaktor wird 235U mit langsamen Neutronen
  beschossen,
• der Kern spaltet
• schnelle Neutronen werden frei
• Ein Moderator erzeugt thermische Neutronen
• Kontinuierliche Quelle,
• Hohe Reaktor Sicherheit erforderlich
• In Spallationsquellen werden bei Beschuss von
  schweren Kernen Neutronen frei
• Betrieb in Pulsen
• Wenig radioaktive Belastung nach dem Abschalten
• Bewegte Materie hat Welleneigenschaft Materie
  Wellen
• Zusammenhang zwischen Impuls und Wellenlänge De
  Broglie Relation ph/? mkg/s

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Hinweis auf eine Sommerschule, veranstaltet vom
PSI
Quelle http//www.psi.ch/ Es gibt eine
Sommerschule in Zuoz, August 18-25, 2007 ! The
deadline for advance registration is June 30,
2007 Kosten 800,- CHF