Detektoren

Um Neutronen nachzuweisen, sind raffinierte Apparaturen notwendig. Der Grund ist, dass Neutronen Materie leicht durchdringen. Zugleich macht sie dies aber auch für Messzwecke wertvoll. In der ESS werden deshalb mehrere Verfahren verwandt, um die Neutronen überhaupt zu irgendeiner Interaktion zu bringen, die man messen kann. Man benutzt dazu bestimmte Materialien, die beim Zusammenstoß mit einem Neutron deutlich reagieren:

  • 6Lithium: Bei Aufnahme eines Neutrons zerfällt es zu Tritium, einem Alpha-Teilchen und Röntgenstrahlung. Mittelmäßige Empfindlichkeit.
  • 10Bor: Bei Absorption eines Neutrons zerfällt es zu 7Lithium und einem Alpha-Teilchen. Mäßig hohe Empfindlichkeit.
  • 3He: Bei Aufnahme eines Neutrons zerfällt es in Tritium und einem freien Proton. Empfindlicher Detektor, aber sehr teuer.

Gasionisationsdetektoren

Diese Detektoren enthalten ein Gas, in dem durch Neutroneneinfall Ladungsträger freiwerden (z.B. das Proton bei 3He). Durch einen angelegten Strom kann man versuchen, die Präsenz solcher freien Ladungsträger zu messen. Allerdings bestehen hier Probleme, da die Ladungsträger sich teilweise zu langsam im Gas bewegen. Dadurch gliedern sich viele Ladungsträger wieder irgendwo ein, oder sie erreichen die Elektroden erst nach einiger Zeit, werden also verzögert gemessen. Da der Sinn der ESS gerade die Zeitauflösung ist, werden sie wohl kaum verwendet werden.

Szintillationszähler

Szintillation ist die Erzeugung von Licht durch eine Kernreaktion. Im Bild wird der Vorgang dargestellt: Ein Neutron trifft auf einen Kern und bringt diesen dazu, unter Aussenden von Licht zu zerfallen. Als Material eignet sich dabei z.B. 6Li. Hinter dem Szintillator, einem Raum, wo die Kernreaktion stattfinden kann, schließt sich eine Röhre mit Lichtverstärkern an.Über eine Photodiode wird die Anzahl der empfangenen Lichtblitze gemessen. Der Vorteil des Szintillationszählers liegt in der Zeitauflösung: Licht ist eben schnell. Allerdings ist die Messgenauigkeit nicht sehr hoch, da der Detektortyp aus vielen hintereinander gekoppelten Elementen besteht (Neutron trifft Atom, Atom emittiert Lichtteilchen, Lichtteilchen bewegt sich, wird verstärkt, wird empfangen und gemessen). Jede davon hat eine gewisse Fehlerrate, die sich dann gegenseitig verstärken.

Zur Vertiefung: Universität Heidelberg und NSCL.