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NEPOMUC

Neutronen-induzierte Positronenquelle München

NEPOMUC Overview V3 2021 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. Eine Kadmiumkappe ist in der Spitze des Strahlrohrs SR11 des FRM II eingebaut. Die freigesetzte hochenergetische Gammastrahlung wird in einer Struktur aus Platin-Folien, 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.

Seit dem Upgrade von NEPOMUC wird 80 % 113Cd angereichertes Kadmium 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 erhöhten 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; dort wurde aufgrund des begrenzten Platzes kürzlich ein Positronendiffraktometer (TRHEPD) angeschlossen. Zusätzlich befindet sich ein Rasterpositronenmikroskop (SPM) im Aufbau.

Derzeit sind drei Instrumente in Routinebetrieb:
  • 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., Nucl. Inst. Meth. A, 593(3), 616-618 (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), 98-100 (2008).

Typische Anwendungen

Beispiele und Anwendungen der Positronen finden Sie auf der Webseite der TUM-Forschungsgruppe auf dem Arbeitsgebiet Physik mit Positronen.

Das Ps-Ion – ein leptonisches Drei-Körpersystem

Das negative Positroniumion PS ist ein gebundenes System aus zwei Elektronen und einem Positron.

Das Positron als Sonde zur Defektuntersuchung
Ein Positron, das in einen Festkörper implantiert wird, thermalisiert schnell und diffundiert so lange bis es mit einem Rumpf- oder Valenzelektron zerstrahlt. In einem defektfreien Gitter dauert dieser Diffusionsprozesses etwa 100 ps, während dieser Zeit legt das Positron typischerweise eine Wegstrecke von 100 nm zurück.

Positronen werden aufgrund ihrer enorme Sensitivität auf leerstellenartige Gitterdefekte für die zerstörungsfreie Defektspektroskopie genutzt. Durch Experimente an NEPOMUC konnte gezeigt werden, dass auch metallische Ausscheidungen mit höchster Empfindlichkeit detektiert werden können.

Auger-Spektroskopie durch Positronenannihilation

Technische Daten
Primärer Positronenstrahl:
  • E = 1 keV
  • Intensität: 109 moderierte Positronen pro Sekunde
  • Durchmesser des Strahlflecks: ≈ 9 mm (FWHM) in 7 mT Führungsfeld
Remoderierter Positronenstrahl:
  • E = 10 … 200 eV
  • Intensität: 5 · 107 remoderierte Positronen pro Sekunde
  • Durchmesser des Strahlflecks: 1.85 mm (FWHM) in ≈ 4 mT Führungsfeld

Instrumentverantwortlicher

Prof. Dr. Christoph Hugenschmidt
Telefon: +49 (0)89 289-14609
E-Mail: christoph.hugenschmidt@frm2.tum.de

Dr. Francesco Guatieri
Telefon: +49 (0)89 289-54713
E-Mail: francesco.guatieri@frm2.tum.de

NEPOMUC
Telefon: +49 (0)89 289-14774

TUM Research Group:
Physics with Positrons

Betreiber

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Publikationen

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Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). NEPOMUC: Neutron induced positron source Munich. Journal of large-scale research facilities, 1, A22. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-49

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

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Neutronen-induzierte Positronenquelle NEPOMUC und daran angeschlossene Instrumente.

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