Particle Flux Calculations for a Pulsed Photoneutron Source at the Radiation Source ELBE

Die Parameter des Elektronenstrahls an der Strahlungsquelle ELBE des Forschungszentrums Rossendorf sind u. a. eine variable Elektronenenergie zwischen 12 und 40 MeV, 1 mA maximaler Strom, eine maximale Frequenz von 13 MHz, eine Pulslänge kleiner als 10 ps und eine geringe Emittanz. Dies führte zu der Idee, die kurzen und intensiven Elektronenpulse in kurze Neutronenpulse umzuwandeln, um an einem Flugzeitspektrometer energieabhängige Neutronenwirkungsquerschnitte zu messen bei einem kurzen Flugweg von nur einigen Metern. Hauptziel ist dabei die Messung solcher Querschnitte für Konstruktionsmaterialien von Fusions- und Spaltreaktoren und für Abfälle aus solchen Reaktoren. Aufgrund der sehr hohen Energiedeposition durch die Elektronen im Neutronenradiator wurde flüssiges Metall (Blei) als Neutronenradiator gewählt. Für das Wandmaterial ist Molybdän der Hauptkandidat, für den thermomechanische und neutronenphysikalische Rechnungen vollständig gemacht wurden. Mit den Monte Carlo Codes MCNP und FLUKA wurden die Teilchentransportrechnungen ausgeführt. U.a. wurden aus Berechnungen des Neutronenstrahls und des Untergrunds am geplanten Messplatz Schlussfolgerungen für die Konstruktion und Materialauswahl der Photoneutronenquelle gezogen. Die Berechnung des Neutronenpulses am Messplatz zeigt, dass die Neutronen von den Photonen separiert werden können, sich die Neutronenpulse jedoch stark überlappen. Wird z. B. nur jeder vierte Elektronenpuls verwendet, so beträgt der Neutronenfluss am Messplatz zirka 2.5×10⁶ n/cm²/s und der nutzbare Energiebereich 660 keV bis 6 MeV bei den Parametern 3.6 m Flugweg, 11.2×11.2 mm² Querschnitt des Radiators, 30 MeV Elektronenenergie und 1 mA Elektronenstrom. Das FZR arbeitet an einer Elektronenquelle mit kleinerer Pulsfrequenz bei gleichem mittleren Strom von 1 mA. Die Energieauflösung am Messplatz liegt unter 1%.