Ein magnetischer Wanderwellenresonator zur zeitlichen und spektralen Präparation polarisierter Neutronenstrahlen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird das Konzept der Wellenlängenselektion eines polarisierten Neutronenstrahls mittels alternierender Magnetfelder aufgegriffen. Zu diesem Zweck soll basierend auf Vorgängermodellen ein neuer Prototyp eines magnetischen Wanderwellenresonators entwickelt werden, der insbesondere für einen 6cm x 6cm großen Neutronenstrahlquerschnitt geeignet ist. Um die hohen Anforderungen an die Homogenität des Magnetfeldes zu erfüllen, werden mit CST EM Studio verschiedene Resonatorelemente entworfen und Magnetfeldsimulationen durchgeführt. Basierend auf den Simulationsergebnissen wird ein optimales Resonatordesign festgelegt.<br />Im Weiteren erfolgt eine technische Umsetzung des Prototypen sowie der für die experimentelle Untersuchung notwendigen Komponenten des Messaufbaus. Der entwickelte Wanderwellenresonator wird anschließend am dichromatischen Neutronenstrahl des Forschungsreaktors der TU Wien in Betrieb genommen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen eindrucksvoll, dass die beiden Wellenlängen des Neutronenstrahls allein durch die Änderung der Magnetfeldstärke präzise selektiert werden können. Zudem können durch eine Amplitudenmodulation des Magnetfeldes die unerwünschten Wellenlängenanteile des selektierten Neutronenpeaks verringert werden.<br />Die Messergebnisse bestätigen nicht nur die Funktionstüchigkeit und Flexibiliät der Anwendung, sondern liefern auch Erkenntnisse zur Optimierung der Wellenlängenselektion: Zum einen sollten Störfelder so weit als möglich verringert werden, zum anderen würde die Implementierung einer elektronischen Steuerung ein feineres Justieren der Magnetfeldamplituden ermöglichen und so die Qualität der Wellenlängenselektion weiter verbessern.<br />

In order to improve the idea of selecting a particular wavelength out of a white polarised neutron beam only by magnetic fields, a new prototype of a spatial magnetic spin resonator is developed. Based on predecessor applications, the new prototyp shall be prepared for the application on a neutron beam cross section of 6cm x 6cm. In order to meet the demands of high homogeneity of the magnetic fields, different construction components of the resonator are designed and their magnetic field distributions are simulated with CST EM Studio.<br /> On the basis of the simulation results the optimal parameters for the new resonator prototype are chosen.<br />Accordingly, the spatial magnetic spin resonator is technically implemented and a mesurement setup is arranged at the research reactor of the Vienna University of Technology. The experimental results show that every wavelength of the dichromatic neutron beam can be selected precisely only by varying the strength of the magnetic fields.<br />Furthermore, a modulation of the amplitude of the magnetic fields reduces unwanted wavelength components of the selected neutron peak. The detailed measurement data do not only demonstrate the functional efficiency of the new prototype, but also reveal possibilites of optimisation: On the one hand stray fields shall be supressed, on the other hand the implementation of an electronic control of the magnetic field amplitude could simplify the adjustment and improve the accuracy of the wavenlength selection.