Atominstitut
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GRUPPENLEITUNG:

Univ. Prof. Dr. Hartmut Abele

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Austria

  

KOLLABORATIONEN




DIE PROJEKTE WERDEN GEFÖRDERT VON:




Entwicklung eines Wanderwellen-Neutronenspinresonators zur Erzeugung wellenlängenselektierter Neutronenpulse nach Maß

Im Rahmen des MONOPOL-Projekts in der Neutronen- und Quantenphysikgruppe am Atominstitut wird erstmalig ein Wanderwellen-Neutronenspinresonator zur Erzeugung nahezu beliebig geformter wellenlängenselektierter, polarisierter Neutronenpulse entwickelt. 

Das Grundprinzip dafür, die räumliche magnetische Spinresonanz, wurde bereits 1968 von Drabkin et al. vorgestellt. Dabei werden die polarisierten Neutronen einem räumlich abwechselnden magnetischen Feld ausgesetzt, welches normal zur Polarisationsrichtung angelegt ist, d.h. normal zu ihrem Führungsfeld. Die Frequenz dieses alternierenden Magnetfeldes ist im Bezugssystem eines einzelnen Neutrons jeweils von dessen Geschwindigkeit und der räumlichen Periode des Resonators abhängig. Sofern diese Frequenz mit der Larmorfrequenz der Neutronen übereinstimmt , welche durch das orthogonal angelegte statische Führungsfeld (Selektorfeld) bestimmt wird, findet ein π-Spinflip statt. Durch eine geeignete Justierung dieses Selektorfeldes kann somit eine bestimmte Wellenlänge selektiert werden. Der einfachste, klassische Aufbau dieser Art besteht aus einem stromdurchflossenen, mäanderförmig gefalteten Aluminiumband innerhalb eines orthogonalen Führungsfeldes. Durch Ein- und Ausschalten einer derartigen Anordnung können theoretisch auch Neutronenpulse erzeugt werden, allerdings wird die kürzest mögliche Pulsdauer dabei über die Länge des Resonators definiert, die eine Erzeugung kürzerer Pulse verhindert. Bei der Neuentwicklung wird ein sogenannter Wanderwellenmodus realisiert. Der Aufbau besteht aus einer Vielzahl an einzeln ansteuer- und regelbaren Aluminiumspulen, bei dem ein "wanderndes" Magnetfeld, die zu erzeugenden Neutronenpulse durch den Resonator begleitet. Die kürzest mögliche Zeitstruktur eines einzelnen Neutronenpulses ist bei einer derartigen Anordnung durch die Breite einer Aluminiumspule definiert. Bei der geplanten Umsetzung erscheinen somit um 2 Größenordnungen kürzere Pulszeiten als bei einem klassischen Resonator realisierbar. Der Aufbau aus Einzelelementen im Vergleich zum Aluminiummäander hat außerdem den wesentlichen Vorteil, dass die erzeugten Magnetfelder beliebig geformt werden können und somit für den Betrieb sehr störende Nebenmaxima in den selektierten Wellenlängenspektren eliminiert werden können. Außerdem lässt sich durch entsprechende Formung der Einzelfelder auch eine unerwünschte Selektion von Neutronen, deren Wellenlängen höheren Ordnungen der zu selektierenden entsprechen, vermeiden. Der erste Schritt zur Realisierung ist eine Designstudie, bei der mit Hilfe von Magnetfeld-Simulationen die optimale Geometrie der Aluminiumspulen definiert wird. Auf Basis der Computersimulationen wurde ein erster Prototyp aufgebaut und am TRIGA Reaktor in Wien getestet. Durch die so gewonnenen Erkenntnisse wurde schließlich ein weiterentwickelter, auf eine bestimmte Anwendung optimierter Resonator aufgebaut, der in Kürze an einem weißen, polarisierten Neutronenstrahl getestet werden soll. Mögliche Anwendungen dieses neuen Neutronenresonators sind zum einen die Strahlpräparation beim Beta-Zerfalls-Projekt PERC, der Aufbau eines neuartigen 3-Achsen-Spektrometers, oder aber auch die Erzeugung von wellenlängenselektierten Sub-Pulsen bei der geplanten Long-Pulse-Spallationsneutronenquelle ESS. 

  

Publikationen:

Ch. Gösselsberger, H. Abele, G. Badurek, E. Jericha, W. Mach, S. Nowak, T. Rechberger, "Neutron beam tailoring by means of a novel pulsed spatial magnetic spin resonator", Journal of Physics: Conference Series 340 (2012) 012028.

Ch. Gösselsberger, H. Abele, G. Badurek, E. Jericha, S. Nowak, G. Wautischer, A. Welzl, "Design of a novel pulsed spin resonator for the beta-decay experiment PERC", Physics Procedia 17 (2011) 62.

G. Badurek, Ch. Gösselsberger, E. Jericha, "Design of a pulsed spatial neutron magnetic spin resonator", Physica B 406 (2011) 2458. 

G. Badurek, E. Jericha, "Upon the versatility of spatial neutron magnetic spin resonance ", Physica B 335 (2003) 215. 
  

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