Spaltung

Die traditionelle Methode für Neutronenproduktion ist das Betreiben eines Forschungsreaktors. In diesem wird Uran 235 verwendet, das durch Kollision mit Neutronen gespalten wird. Jeder Urankern, der sich spaltet, setzt dabei mehrere Neutronen frei, von denen manche wiederum andere Kerne zur Spaltung bringen. Ein großer Vorteil ist, dass Reaktoren erprobte Technologie sind, sie sind auch in Bau und Betrieb weit billiger als Spallationsquellen gleicher mittlerer Leistung. Außerdem ist ein Forschungsreaktor besonders sicher, da er mit wenig Energie bei relativ niedriger Temperatur und ohne erhöhten Innendruck betrieben wird. Ein Nachteil ist jedoch die geringe Effizienz: Pro gespaltenem U 235-Kern ist die Ausbeute ca. 2-3 Neutronen.

Diese Anlagen, von denen die weltgrößte heutzutage in Grenoble steht, sind in der Flussdichte ihrer Neutronenstrahlung begrenzt. Flussdichte heißt dabei: Wenn man sich mitten im Neutronenstrahl eine Querschnittsfläche vorstellt, wie viele Neutronen durchfliegen dann diese Fläche jede Sekunde? Die Anlage in Grenoble erreicht z.B. zu Zeiten des höchsten Flusses fast 100 Billionen Neutronen pro Sekunde pro Quadratzentimeter. Diese Spitzenflussdichte ist auch ein recht gutes Maß für die Qualität der Messergebnisse: Je dichter der Fluß, desto mehr Neutronen interagieren mit dem zu untersuchenden Objekt und werden von Messgeräten aufgefangen, und sorgen damit für exaktere Ergebnisse. Dennoch sollte man sich von der Zahl nicht allzu sehr beeindrucken lassen: Um bei dieser Flussdichte ein Gramm Neutronen durch einen Quadratzentimeter zu schicken, würde die Anlage in Grenoble 300 Jahre pausenlosen Betriebs brauchen. Da diese Reaktoren außerdem Neutronen im Dauerbetrieb liefern, müssen für Zeit - oder Energieauflösende Messungen durch Chopper mehr als 99% der Neutronen nutzlos ausgeblendet werden.

Die Leistung der Reaktorquellen, wie sie genannt werden, mag beachtlich sein, aber die Anforderungen sind es ebenso, und man ist sich im wesentlichen einig, dass Reaktorquellen keine wesentlich höheren Flussdichten erreichen können. Aus diesem Grund hat man sich entschieden, für die ESS ein anderes Konzept zu verwenden, die Spallation.