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Die Methode der Spallation

Neutronen lassen sich auf zwei Wegen erzeugen: durch Kernspaltung in Forschungsreaktoren und mit der neueren Methode der Spallation (englisch für "Absplitterung").

Spallationsquellen ermöglichen Untersuchungen, die an Neutronenreaktoren nicht möglich sind. Sie erzielen eine höhere Energiedichte und somit eine höhere Intensität des Neutronenstrahls. Die Ursache ist, dass bei der Spallation pro Neutron sechsmal weniger Energie aufgewendet wird als bei der Kernspaltung und somit auch sechsmal weniger Abwärme entsteht.

Außerdem können Spallationsquellen Neutronenpulse statt eines kontinuierlichen Strahls erzeugen. Bei gleicher Gesamt-Neutronenleistung ist ein solcher Puls intensiverer. Zahlreiche Messungen sind nur mit solchen Neutronenpulsen möglich. Ein weiterer Vorteil der Spallation: Der Prozess beruht nicht auf einer Kettenreaktion – sobald die Anlage ausgeschaltet wird, stoppt auch der Spallationsprozess.

Das Herz einer Spallationsquelle bilden ein Protonenbeschleuniger und das Target, in dem die Neutronen freigesetzt werden. Der Protonenbeschleuniger beschleunigt Salven von Protonen nahezu bis auf Lichtgeschwindigkeit und lenkt sie auf die Atomkerne eines schweren Metalls wie Blei oder Quecksilber, das Target. Der Aufprall selbst löst zwar nur einige wenige Neutronen direkt heraus, lädt aber die Atomkerne des Schwermetalls energetisch auf, so dass pro Kern 20 bis 30 Neutronen freigesetzt werden. Weil die freien Neutronen mit einer Geschwindigkeit von 20.000 Kilometern pro Sekunde viel zu schnell und energiereich für Experimente sind, bremsen Tanks mit Wasser oder flüssigem Wasserstoff sie auf eine optimale Geschwindigkeit von mehreren Hundert bis zweitausend Metern pro Sekunde ab. Lange Röhren, die Neutronenleiter, leiten die Neutronen dann zu den verschiedenen Experimentierstationen, die die Neutronenquelle umgeben.

Europäische Spallationsquelle ESS

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