UCN (im Aufbau)

UCN Schema Oben: Schnitt durch das FRM II-Moderatorgefäß und das tangentiale Strahlrohr SR-6. Die kryogenen Versorgungsleitungen zum UCN-Konverter werden von der linken Seite eingeführt. Das Konvertergefäß ist 60 cm vom zentralen Brennelement (nicht abgebildet) und 25 cm von der Mitte des Strahlrohrs entfernt. Die erzeugten UCN werden nach rechts abgezogen (Ausgang des SR-6-Strahlrohrs) und in angeschlossene Experimente eingespeist.

Unten: Schnittansicht des UCN-Konvertergefäßes. Überkritisches Helium (5 K) strömt zwischen den beiden Wänden einer Konverterkappe aus Aluminium und kühlt den Wasserstoffmoderator im Inneren des Gefäßes und den an der Außenwand der Kappe festgefrorenen Deuteriumkonverter. Der Konverterkopf ist an die von der linken Seite kommenden kryogenen Versorgungsleitungen angeschlossen.

Oben: Schnitt durch das FRM II-Moderatorgefäß und das tangentiale Strahlrohr SR-6. Die kryogenen Versorgungsleitungen zum UCN-Konverter werden von der linken Seite eingeführt. Das Konvertergefäß ist 60 cm vom zentralen Brennelement (nicht abgebildet) und 25 cm von der Mitte des Strahlrohrs entfernt. Die erzeugten UCN werden nach rechts abgezogen (Ausgang des SR-6-Strahlrohrs) und in angeschlossene Experimente eingespeist.

Unten: Schnittansicht des UCN-Konvertergefäßes. Überkritisches Helium (5 K) strömt zwischen den beiden Wänden einer Konverterkappe aus Aluminium und kühlt den Wasserstoffmoderator im Inneren des Gefäßes und den an der Außenwand der Kappe festgefrorenen Deuteriumkonverter. Der Konverterkopf ist an die von der linken Seite kommenden kryogenen Versorgungsleitungen angeschlossen.

Die Quelle für ultrakalte Neutronen (UCN Quelle) ist im tangentialen, durchgehenden Strahlrohr SR-6 eingebaut. Die notwendigen kryogenen Versorgungsleitungen werden von der einen Seite (SR-6b) in das Strahlrohr geführt, zur anderen Seite (SR-6a) werden die UCN in die angeschlossenen Experimente extrahiert.

Zentrales Element der UCN Quelle ist der Konverter, ein doppelwandiger, toroidal geformter Aluminiumbehälter. Er enthält 12.5 mol festen Wasserstoff (sH₂), um den einfallenden thermischen Neutronenfluss (1·10¹⁵ cm^-2 s^-1) auf eine effektive Neutronentemperatur von 40 K zu moderieren. Der Konverterbehälter wird durch einen geschlossenen, superkritischen Heliumkreislauf, der das Zwischenvolumen des Behälters durchströmt, auf 5 K gekühlt. Die hierfür nötige Kälteleistung wird durch zwei konventionelle Kältemaschinen dem superkritischen Heliumkreislauf zur Verfügung gestellt. Der eigentliche UCN Konverter, bestehend aus festem Deuterium (sD₂), wird mittels Resublimation an der Aussenwand des Konverterbehälters aus der Gasphase ausgefroren. Die im sH₂ vormoderierten Neutronen dringen in den sD₂ Konverter ein, wo sie Festkörperanregungen im Kristallgitter (hauptsächlich Phononen) erzeugen. Durch die Generierung einer Festkörperanregung verlieren die Neutronen nahezu ihre gesamte ursprüngliche Energie, und werden in das Energieregime der ultrakalten Neutronen (<300 neV) gestreut. Die so erzeugten UCN verlassen den sD₂ Kristall, und werden zum Strahlrohrausgang SR-6a geleitet.