Download Dissertation Entwicklung eines neuartigen Speichers

Kurzfassung
Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung, die Konstruktion und den Bau eines neuartigen Neutronenspeichers für kalte und thermische Neutronen, basierend auf der Reflexion von monoenergetischen Neutronen an Perfektkristallen. Eine Kombination von zwei
in Rückstreugeometrie angeordneten Kristallplatten begrenzt hierbei das Speichervolumen
in axialer Richtung. Zwischen diesen Platten befindet sich ein Neutronenleiter, welcher die
lateralen Verluste verringert. Die Änderung der Energie von Neutronen durch ein System
aus konstanten und hochfrequenten Magnetfeldern wird zum aktiven Befüllen und Entleeren des Speichers verwendet.
Obwohl primär als neutronen-optisches Instrument entworfen, welches die hohe Neutronenflussdichte an gepulsten Quellen optimal ausnützt, kann dieser Speicher auch zur Untersuchung fundamentaler Größen des Neutrons und zur Überprüfung quantenmechanischer
Effekte verwendet werden. Aufgrund der hohen Anzahl von aufeinander folgenden Reflexionen (mehrere tausend) der Neutronen und den resultierenden langen Flugstrecken
(mehrere Kilometer) eignet sich dieses Instrument besonders für die Untersuchung von
Neutronenleitern und Neutronenspiegeln.
Diese Arbeit stellt eine Fortsetzung der bisherigen Arbeiten mit dem als Viennese Neutron
Storage Apparatus (VESTA) bekannten Neutronenspeicher dar. Ziel der Arbeit war die
Demonstration, dass sich Radio-Frequenz Flipper für das Befüllen und Entleeren eines
Perfektkristall-Speichers eignen und sich damit Begrenzungen früherer Systeme überwinden lassen, sowie die experimentelle Realisierung eines derartigen Neutronenspeichers. Ein
Prototyp einer solchen Anlage wurde entworfen und an der gepulsten Neutronenquelle
ISIS, nahe Oxford, erfolgreich installiert. Neben einer wesentlich verbesserten Strahlausnutzung wurde die Möglichkeit der gleichzeitigen Speicherung mehrerer Neutronenpulse
mit gleichen Intensitäten ermöglicht. Durch die hohe Flexibilität des Befüllmechanismus
ergeben sich zahlreiche neue Möglichkleiten der Strahlmanipulation.
Nach einem allgemeinen Einführungskapitel über Neutronen und Neutronenoptik werden die physikalischen Grundlagen der Neutronenspeicherung beleuchtet. Die auf diesen
Grundlagen basierende erste Realisierung sowie die gastgebende Forschungseinrichtung
wird in Kapitel 3 über die Entwicklungen des Projekts behandelt. Dieses Kapitel beinhaltet die Charakterisierung der ursprünglichen Anlage sowie die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Verbesserungen, zeigt Limitierungen und Entwicklungmöglichkeiten auf und endet
mit der Motivation für die Neukonstruktion der Anlage. Kapitel 4 widmet sich Realisierung und Installation dieser Neukonstruktion. Neben einer Beschreibung der verwendeten
Komponenten wird das Konzept des Neubaus vorgestellt, Anleitungen zum Betrieb der
Anlage aufgezeigt und geplante Erweiterungen diskutiert. Die mit dieser neuen Anlage
erzielten experimentellen Ergebnisse werden in Kapitel 5 präsentiert. Nach einer Bestimmung der Resonanzbedingung des HF-Flippers wurden Speicherversuche mit polarisierten
und unpolarisierten Neutronen durchgeführt und mit früheren Messungen verglichen. Abschließend findet sich ein Kapitel mit einer Zusammenfassung des aktuellen Status sowie
Ausblicke und Entwicklungsmöglichkeiten für dieses Instrument.
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