NEPOMUC

NEPOMUC Overview V3 2021

Mit NEPOMUC steht ein hochintensiver monoenergetischer Positronenstrahl für Anwendungen in der Festkörper-und Oberflächenphysik sowie für die Grundlagenforschung in Kern-und Atomphysik zur Verfügung. Die Intensität beträgt > 10⁹ moderierte Positronen pro Sekunde bei einer Strahlenergie von E = 1 keV.

Bei NEPOMUC werden Positronen über die Paarbildung durch Absorption energiereicher Gammastrahlen erzeugt. Die Gammastrahlung wird hierbei nach dem thermischen Neutroneneinfang in Kadmium erzeugt [1]. Eine Kadmiumkappe ist in der Spitze des Strahlrohrs SR-11 eingebaut. Die freigesetzte hochenergetische Gammastrahlung wird in einer Struktur aus Platinfolien, die im Inneren der Kappe montiert ist, in Positronen-Elektronen-Paare konvertiert. Durch Anlegen einer positiven Hochspannung werden moderierte Positronen beschleunigt und magnetisch in einem Magnetfeld von etwa 5 – 7 mT transportiert.

Bei NEPOMUC wird Kadmium (80 % ¹¹³Cd Anreicherung) als Neutronen-Gamma-Konverter verwendet, der eine voraussichtliche Lebensdauer von 25 Jahren Betrieb hat [2] und mit dem eine Intensität von > 10⁹ moderierten Positronen pro Sekunde erreicht wurde [3].

Die Positronenstrahlanlage
Die Remoderationseinheit von NEPOMUC [4] erhöht die Brillanz des Positronenstrahls und ermöglicht somit zeitlich und/ oder räumlich hochaufgelöste Positronenexperimente. Der Remoderator basiert auf der Positronenkühlung in einem W(110)-Einkristall und der Emission von thermischen Positronen ins Vakuum mit diskreter Energie. Für die meisten Messungen wird der Positronenstrahl mit erhöhter Brillanz verwendet. Allerdings gibt es auch Experimente, die nicht die erhöhte Phasenraumdichte, sondern die volle Intensität des Primärstrahls benötigen. Daher kann der Primärstrahl auch unverändert verwendet werden und über zwei Strahlweichen, z.B. zu Experimenten am Open Beam Port, geführt werden.

Durch die zentrale, fünffache Strahlweiche wird der Positronenstrahl zu einem der fünf Instrumente geführt. Für Oberflächenexperimente wurde bislang das positronenannihilationinduzierte Auger-Elektronenspektrometer (PAES) genutzt sowie ein neues Positronendiffraktometer (TRHEPD) getestet. Diese Instrumente werden künftig in der Neutronenleiterhalle Ost zur Verfügung stehen.. Zusätzlich befindet sich ein Rasterpositronenmikroskop (SPM) im Aufbau.

• Gepulste niederenergetische Positronensystem (PLEPS)
• Koinzidente Doppler-Verbreiterungsspektrometer (CDBS)
• Offener Strahlplatz (Open Beam Port) für zusätzliche Experimente (derzeit eine Magnetfalle zur Erzeugung eines Paar-Plasmas)

[1] Hugenschmidt, C. et al., NIM- A, 593(3), 616 (2008).
[2] Hugenschmidt, C. et al., New J. Phys., 14(5), 055027 (2012).
[3] Hugenschmidt, C. et al., J. Phys.: Conf. Ser., 505(1), 012029 (2014).
[4] Piochacz, C. et al., Appl. Surf. Sci., 255(1), 98 (2008).