Strahlungsinduzierte Transmutation

Im Jahr 2005 wurde von den Instituten für Strahlenphysik und Sicherheitsforschung gemeinsam das Projekt zur experimentellen Bestimmung von Neutronenwechselwirkungsquerschnit­ten für das Gebiet der nuklearen Transmutation und nuklearen Astrophysik aufgenommen.

Ziel ist die Messung von Wirkungsquerschnitten mit schnellen Neutronen im MeV-Bereich. Konzepte zur Transmutation von radioaktivem Atommüll sehen schnelle Neutronen vor, um langlebige Radionuklide wie z. B. Plutonium in kurzlebigere umzuwandeln und so das Problem der Endlagerung von Atommüll lösbar zu machen. Die elementaren Prozesse der inelas­tischen Neutronenstreuung und des Neutroneneinfangs von schnellen Neutronen müssen zur Entwicklung solcher Anlagen genau bekannt sein. Die bisherige Datenbasis konzentriert sich aber auf die für konventionelle Kernreaktoren wichtigen thermischen Neutronen. Daher sollen mit dem Photoneutronentarget nELBE am ELBE-Beschleuniger Flugzeitmessungen schneller Neutronen durchgeführt werden, wobei Konstruktionsmaterialien von Transmutations­­anlagen und schnellen Reaktoren im Vordergrund stehen. Außerdem besteht im FZD die Möglichkeit, radioaktive Targets herzustellen und neutroneninduzierte Prozesse zu untersuchen.

Die Photoneutronenquelle wurde im Rahmen eines DFG-Projekts von den Instituten für Strah­lenphysik und Sicherheitsforschung des FZD gemeinsam mit der TU Dresden konzipiert und 2006 in der Neutronenhalle aufgebaut. Durch die Verwendung eines Flüssigbleikreislaufs kann die volle Intensität des ELBE-Elektronenstrahls zu Neutronenproduktion eingesetzt werden. Die nur wenige ps langen Strahlimpulse erlauben die Verwendung einer kur­zen Flugstrecke von ca. 4 m, so dass ein hoher Neutronenfluss von bis zu 2*106 n/(s cm2) am Probenort erreicht werden kann (E. Altstadt et al., Ann. Nucl. Energ. 34 (2007) 36). Zur Flugzeitmessung von Neutronen wurden Plastikszintillatoren mit niedriger Nachweisschwelle entwickelt, Neutro­­nenflugzeitmessungen von Neutronen ab einer kinetischen Energie von 24 keV durchgeführt und die Nachweiseffizienzen bestimmt (R. Beyer et al., Nucl. Instr. Meth. A 575 (2007) 449).

Zur Messung von Photonen aus Neutroneneinfangprozessen wurde ein Szintillatorarray aus 42 BaF2 Modulen aufgebaut (J. Klug et al., Nucl. Instr. Meth. A 577 (2007) 641). Zur Entwicklung einer totzeitfreien, digitalen Datenerfassung wurden schnelle A/D Wandler (Digitizer) angeschafft, mit denen erste elektronische Test stattfinden.

Seit November 2006 ist die Photoneutronenquelle nELBE Mitglied des Integrated Infrastructure EFNUDAT-Konsortiums (European Facilities for Nuclear Data measurements). Im Rahmen dieses EU-Projekts wird die Entwicklung schneller digitaler Datenaufnahmesysteme, der Qualitätsicherung und MC Simulation von Experimenten, sowie die Weiterentwicklung von nuklearen Targets vorangetrieben. Außerdem kann europäischen Forschungsgruppen Strahlzeit an nELBE zur Verfügung gestellt werden.

Die gegenwärtige Planung sieht vor, noch im Jahr 2007 die ersten Neutronen zu erzeugen.