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MLZ

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NEPOMUC

Neutronen-induzierte Positronenquelle München

NEPOMUC Schema NEPOMUC Schema


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 Kadmiun erzeugt. Eine Kadmiunkappe ist in der Spitze des Strahlrohrs SR11 des Forschungsreaktors 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 7 mT transportiert.

Nach dem Upgrade von NEPOMUC wird 80% 113Cd angereichertes Cadmium als Neutronen-Gamma-Konverter verwendet, der eine voraussichtliche Lebensdauer von 25 Jahren Reaktorbetrieb 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 Brillianz des Positronenstrahls und ermöglicht somit Positronenexperimente, die im Raum und/oder im Zeitbereich hochaufgelöst sind. Der Remoderator basiert auf der stochastischen Positronenkühlung in einem Wolfram-(110)-Einkristall und der Rückführung von thermischen Positronen in das Vakuum mit diskreter Energie. Für die meisten Messungen wird der Positronenstrahl mit erhöhten Brillianz verwendet. Allerdings gibt es auch Experimente, die nicht von einer hohen Phasenraumdichte abhängen, aber 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 Experimente geführt.Derzeit sind vier Instrumente in Routinebetrieb:

  • Gepulste niederenergetische Positronensystem (PLEPS)
  • Koinzidente Doppler-Verbreiterungsspektrometer (CDBS)
  • Positronenannihilation induzierte Auger -Elektronenspektrometer (PAES)
  • Rasterpositronenmikroskop (SPM)

Ein weiterer Strahlplatz (Open Beam Port) wird für zusätzliche kurzfristigen Versuchsanordnungen verwendet.

[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).

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.

Typische Anwendungen

Beispiele und Anwendungen der Positronen finden Sie auf der Webseite des TUM Physik-Departments im 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 ideale Untersuchung von Defekten
Ein Positron, das in einem Festkörper implantiert ist, thermalisiert schnell und diffundiert dann in die Tiefe, bis es sich mit den Rumpf- oder Valenzelektronen vernichtet. In einem defektfreien Gitter dauert dieser Diffusionsprozesses etwa 100 ps, während dieser Zeit legt das Positron typischerweise eine Wegstrecke von 100 nm in einer Zufallsbewegung zurück.

Monoenergetische Positronen und dünne Schichten
Positronen sind häufig ihre enorme Sensibilität für die zerstörungsfreie Erkennung von Defekten erwiesen. Durch Experimente an NEPOMUC konnte gezeigt werden, dass auch metallische Zusammenballungen mit höchster Empfindlichkeit charakterisiert werden können.

Auger-Spektroskopie durch Positronenannihilation

Instrumentverantwortlicher

Dr. Christoph Hugenschmidt
Telefon: +49 (0)89 289-14609
E-Mail:

Marcel Dickmann
Telefon: +49 (0)89 289-11770
E-Mail:

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

Betreiber

TUM
UniBW

Publikationen

Finden Sie alle aktuellen Publikationen zu NEPOMUC in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:

impulse.mlz-garching.de

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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