Neutronenstrahlen

Neutronenstrahlen bezeichnen gerichtete Ströme von Neutronen, die in der Regel aus einer primären Quelle stammen, wie Kernreaktoren, Beschleunigeranlagen oder Spallationsquellen. Da Neutronen elektrisch neutral sind, dringen sie relativ gut durch Materie, ohne stark zu ionisieren, was sie zu nützlichen Werkzeugen in der Materialforschung macht, aber auch besondere Abschirmung erfordert.

Die Neutronen weisen ein breites Energiespektrum auf. Thermische Neutronen besitzen typische Energien von etwa 0,025 Elektronvolt (bei Raumtemperatur) und liefern Beugungssignale für Kristallstrukturanalysen. Schnellneutronen liegen im Bereich von Mega- bis Gigaelektronovolt. Durch Moderation in Wasser, schwerem Wasser oder festen Moderatoren können schnelle Neutronen in thermische oder kalte Neutronen umgewandelt werden.

Erzeugung erfolgt hauptsächlich durch Kernreaktoren, in denen Neutronen bei der Kernspaltung freigesetzt werden, oder durch Spallationsquellen, bei denen hochenergetische Protonen auf schwere Targetmaterialien treffen. Die resultierenden Neutronen werden oft durch Moderation oder Wärmeenwicklung angepasst, um gewünschte Spektren zu erhalten.

Zur Detektion dienen Neutronendetektoren, die häufig Reaktionen wie 3He(n,p) oder 10B(n,α) nutzen, oder Signale in Scintillatoren erzeugen. Die Zeit-of-Flight-Technik ermöglicht die Bestimmung der Neutronenenergie, insbesondere bei pulsierten Quellen. Typische Anwendungen umfassen Neutronenbeugung zur Bestimmung von Kristallstrukturen, Neutronenradiographie, Kleinwinkelstreuung sowie Imaging und Spektroskopie.

Sicherheit: Neutronenstrahlung ist ionisierend und durchdringt Material; Schutz erfordert ausreichende Abschirmung mit wasserstoffreichen Materialien, begrenzte Exposition und strahlenschutzrechtliche Kontrollen in Einrichtungen mit Neutronenquellen.