Aufbau, Test und Automatisierung einer Kontrollelektronik für magnetische Wanderwellenresonatoren zur Manipulation polarisierte Neutronenstrahlen

Abstract

Polarisierte Neutronenstrahlen können durch spezielle räumliche Magnetfeldverteilungen nach ihren spektralen Eigenschaften manipuliert und in ihrer zeitlichen Struktur beeinflusst werden. Auf dieser Tatsache beruht das Konzept von magnetischen Spinresonatoren für Neutronen, in denen für eine Resonanzwellenlänge eine Inversion der Neutronenpolarisation erreicht werden kann. Durch die Verwendung von individuell steuerbaren Resonatorelementen kann dabei eine größtmögliche Flexibilität in der Formung von Neutronenstrahlen erreicht werden. Eine aktuelle Entwicklung ist eng in das Neutronenzerfallsprojekt PERC integriert, das sich zur Zeit an der Forschungsneutronenquelle FRM II, in Garching bei München, in Entwicklungbefindet.Das Kernstück des Neutronenresonators ist eine eigens am Atominstitut entwickelte, schnell schaltbare Hochstromquelle, die für jedes Resonatorelement den erforderlichen Strom für die Erzeugung des Magnetfeldes im erforderlichen Zeitraum, der von Mikrosekunden bis zu Tagen dauern kann, zur Verfügung stellt. In dieser Diplomarbeit wurden solche Stromquellen in ein Gesamtsystem für bis zu 48 Resonatorelemente integriert. Dies beinhaltete, neben der Beseitigung bestehender Hardwareprobleme, die Entwicklung einer Software zur individuellen Kommunikation mit jeder Stromquelle, wodurch der Resonator automatisiert und flexibelkontrolliert werden kann.Mittelfristiges Ziel, über diese Arbeit hinaus, sind Experimente mit dem Resonator an einem weißen thermischen Neutronenstrahl am TRIGA-Reaktor des Atominstituts der TU Wien in seinen verschiedenen Betriebsarten, wie stationärem Betrieb oder Wanderwellenmodus. Die experimentellen Parameter werden sich dabei an den Charakteristika thermischer Neutronenstrahlen sowie an den speziellen Anforderungen des PERC-Projekts mit kalten Neutronenstrahlen orientieren.

Polarized neutron beams can be manipulated and influenced in their temporal structure based on their spectral properties using spatial magnetic field distributions. This concept is the basis for magnetic spin resonators for neutrons, in which an inversion of the neutron polarization can be achieved for a certain resonance wavelength. The use of individually controllable resonator elements allows for maximum flexibility in shaping the neutron beams. A current development is closely integrated into the neutron decay project PERC, which is currently under development at the Research Neutron Source FRM II in Garching near Munich.The core of the neutron resonator is a high-current source developed specifically at the Atominstitut of the TU Wien, which can quickly switch and provide the necessary current for generating the magnetic fields. The achievable time frame of the source can vary between microseconds up to days for each resonator element. In this thesis, such current sources were integrated into a system for up to 48 resonator elements. This included resolving existing hardware problems as well as developing a software for individual communication with each current source, allowing the resonator to be controlled flexibly.The medium-term goal beyond this work is to conduct experiments with the resonator on a white thermal neutron beam at the TRIGA reactor of the Atominstitut in its various operating modes, such as stationary operation or traveling wave mode. The experimental parameters will be based on the characteristics of thermal neutron beams and the specific requirements of the PERC project with cold neutron beams.