Wozu dient der HZB-Forschungsreaktor?

Neutronenstrahlen - Perspektiven für die Forschung

Der Forschungsreaktor liefert Neutronenstrahlen für ein breites Spektrum wissenschaftlicher Untersuchungen. Wie die Röntgenstrahlen nach ihrer Entdeckung zu Beginn dieses Jahrhunderts für Medizin, Technik und Wissenschaft neue Beobachtungsmethoden erschlossen, so haben auch die Neutronenstrahlen der Forschung neue Perspektiven eröffnet.

Modell über die Lage der Atome im Gitterverbund.

Einsatzbereiche

Die Arbeiten am Berliner Forschungsreaktor reichen von der reinen Grundlagenforschung bis zu anwendungsnahen Untersuchungen. Alle Materie ist aus Atomen aufgebaut. In den verschiedenen Stoffen bilden diese durch ihre Anordnung charakteristische Muster. Außerdem bewegen sie sich und schwingen. Die »Baumuster« der Atome sind entscheidend für die Eigenschaften der Stoffe; ihre Bewegungen verursachen Wärmeerscheinungen. Um die Eigenschaften von Stoffen und die Wärmeerscheinungen besser verstehen zu können, muß man die Baumuster und die Bewegungen der Atome studieren. Dazu dienen der Wissenschaft neben Röntgen- und Elektronenstrahlen auch Neutronen, die gleichsam als Sonde in das Innere der Materie eindringen.  

Neutronenstreuung

Wenn Neutronen auf Atome treffen, so werden sie von diesen gestreut - sie »prallen« auf charakteristische Weise ab. Die Art der Streuung gibt den Wissenschaftlern Auskunft über die Anordnung der Atome und deren Verhalten in den verschiedenen Materialien. In einem typischen Streuexperiment werden Neutronen, die aus dem Reaktorkern kommen, durch ein Strahlrohr auf einen »Monochromator« geleitet. Dieser spiegelt Neutronen einer bestimmten Geschwindigkeit auf die zu untersuchende Probe, an der sie gestreut werden sollen. Die Verteilung der gestreuten Neutronen wird mit Detektoren gemessen. Aus den so erhaltenen Streukurven kann die Atomanordnung in der untersuchten Probe bestimmt werden.

Neutronen aus dem Reaktorkern treffen auf die Atome in der Probe. Dabei werden sie gestreut und in Detektoren registriert. Die Art der Streuung erlaubt Einblicke in den Aufbau der verschiedenen Stoffe aus Atomen und Molekülen.  

Prinzipbild der Streu-Experimente.


Nur mit Hilfe von Neutronen kann man in einem Atomverbund leichte Atome - zum Beispiel die des Wasserstoffs - nachweisen . Nur mit Neutronen kann man einander ähnliche Metallatome unterscheiden und den Magnetismus der einzelnen Atome bestimmen. Damit leistet die Neutronenstreuung Beiträge zur Chemie, zur Biologie, zur Metallkunde und zur Festkörperphysik, die auf andere Weise nicht gewonnen werden können.

Die Kalte Quelle

Durch den Einbau einer sogenannten Kalten Quelle, die die Geschwindigkeit der Neutronen stark verringert, ist es möglich, auch

  • die Bewegungen der Atome zu studieren,
  • den Aufbau sehr komplizierter Atomgebilde zu bestimmen, zum Beispiel den der Fadenmoleküle von Kunststoffen oder von Makromolekülen biologischer Substanzen,
  • Baufehler in der Atomanordnung zu erklären, wie sie bei hohen Temperaturen oder bei Bestrahlung in festen Körpern entstehen.

Der Forschungsreaktor dient jedoch nicht der Entwicklung oder Erprobung von Kernenegie-Technik.

Internationale Forschergruppen

Den Forschungsreaktor nutzen verschiedene wissenschaftliche Disziplinen und zu einem wesentlichen Teil auch auswärtige Forschungsgruppen. Daher sind bei der Ausstattung mit wissenschaftlichen Instrumenten nicht nur die Bedürfnisse der Arbeitsgruppen am HZB ausschlaggebend, sondern es wird den Wünschen auswärtiger Universitäten und Institute Rechnung getragen.

Der Forschungsreaktor erzeugt Neutronen. Die Neutronen dienen der Wissenschaft gleichsam als Sonde für das Innere der Materie. Die Neutronenstreuung ist in Chemie, Metallkunde und Festkörperphysik durch keine andere Methode ersetzbar.

Wie funktioniert ein Kernreaktor?