Planung und Aufbau einer neuen Neutronenradiographieanlage am TRIGA Mark II Forschungsreaktor der TU Wien

Abstract

Das Neutron als elektrisch neutrales Teilchen besitzt Eigenschaften, die sich von denen der Elektronen, Protonen oder Photonen unterscheiden. Freie Neutronen sind instabil und wechselwirken nicht über die Coulombkraft. Da Neutronen aber Bausteine der Atomkerne sind, unterliegen sie der Kernkraft. Neben den genannten Eigenschaften gibt es noch zahlreiche weitere, die dem Neutron in der Physik einen besonderen Stellenwert geben. Wesentlich ist jedoch nicht alleine die Erforschung des Neutrons und seiner Eigenschaften, sondern auch sein Spezifikum, selbst zum Werkzeug der Physik zu werden. Das ist beispielsweise bei der Neutronenradiographie der Fall. Anders als bei Röntgenaufnahmen werden dabei Neutronen genutzt, um die innere Struktur von Objekten abzubilden. Die Besonderheit besteht darin, dass Neutronen nicht mit der Atomhülle, sondern mit dem Atomkern wechselwirken. Dadurch können gänzlich andere Informationen über ein Objekt gewonnen werden. Am TRIGA Mark II Forschungsreaktor der TU Wien wird genau das gemacht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die bisherige Neutronenradiographieanlage, die auf einer mit Flüssigstickstoff gekühlten CCD-Kamera basiert hat, ersetzt. Ein neues, modernes Experiment ist dabei entstanden. Besonderes Augenmerk bei der Planung und dem anschließenden Aufbau der neuen Radiographiestation wurde auf die Funktion der TU Wien als Forschungseinrichtung gelegt. Anstatt des Ankaufs einer kommerziellen Anlage wurde ein eigenes Design nach Plänen der TU München entworfen, die bereits eine ähnliche Anla- ge betreiben. Die neue Neutronenradiographiestation ist ein kostengünstiges Instrument, das dem aktuellen Stand der Entwicklung voll entspricht. Das ist durch die Nutzung eines 3D-Druckers gelungen, mit dem ein Großteil der Bestandteile selbst designt und gefertigt wurde. Auch die verbaute CMOS-Astrokamera mit Peltierkühlung ist eine deutliche Verbesserung gegenüber dem alten System. Mitsamt der neuen Messsoftware und der eigens entwickelten Steuerung ist eine komplette und leistungsfähige Anlage entstanden. An der TU Wien steht nun ein modernes Instrument für Lehre und Forschung zur Verfügung, um Radiographie und Tomographie mit Neutronen zu betreiben.

The neutron as an electrically neutral particle has properties different to those of elec- trons, protons or photons. Free neutrons are unstable and have no interaction with the coulomb force. Neutrons as part of the atomic nucleus subject to the nuclear force. In addition to the named properties, multiple others are existent, which gives the neutron a particular status in physics. It is not only the research on neutrons and their properties that is essential, but also its feature of becoming a tool in physics itself. Unlike X-ray imaging, neutrons are used to indicate the internal structure of objects. The special feature is that neutrons do not interact with the atomic shell, but with the nucleus. Due to this fact, completely different information about an object can be obtained. This is being done at the TRIGA Mark II research reactor at the TU Wien.As part of this thesis, the previous neutron radiography system based on a liquid nitrogen cooled CCD-camera was replaced. Therefore a new, modern unit was created. During the designing and successive construction of the new radiography station, special attention was paid to the function of the TU Wien as a research facility. Instead of purchasing a commercial system, a special design was created based on plans from the Technical University of Munich, where a similar system is already in use. The new neutron radiography station is a cost-effective instrument that fully corresponds to the state of art technology. This was achieved by using a 3D printer to manufactur most of the parts in-house. The built-in CMOS astro camera with peltier cooling is also a significant improvement over the former system. With the self-developed measuring software and the specifically built controller, a complete and powerful facility was created. By that, a modern instrument for teaching and research is on hand at the TU Wien to perform radiography and tomography with neutrons.