High-tech filter voor selecteren neutronen

Duitse onderzoekers hebben een nieuw snelheidsfilter voor neutronen gemaakt. Zo'n filter is van groot belang voor onder andere de neutronenspectroscopie. Daarbij worden neutronen, afkomstig uit een splijtingsreactor, dóór het materiaal geschoten. De mate waarin neutronen worden afgeremd en verstrooid geeft informatie over de structuur van het materiaal op atomair niveau. Maar dan moeten alle binnendringende neutronen zoveel mogelijk dezelfde snelheid hebben en bij de aanstormende neutronen varieert die van 200 tot 8000 meter per seconde.

Onderzoekers van de Physikalisch Technische Bundesanstalt in Braunschweig hebben een filter gemaakt dat deze spreiding drastisch verkleint. Het filter bestaat uit een rotor met schuin op de lengte-as bevestigde lamellen. Als de rotor draait, zullen alleen neutronen met een bepaalde snelheid tussen de lamellen door vliegen. Hoe hoger de rotatiesnelheid, des te sneller de doorgelaten neutronen. Maar omdat neutronen in de bundel niet exact evenwijdig bewegen, speelt ook de afstand tussen de lamellen een rol: is die te klein, dan botsen ook neutronen met precies dezelfde, gewenste snelheid tegen een lamel. De transmissie van het filter neemt dan af.

Het nu ontworpen filter, dat door Dornier wordt gemaakt, heeft langs zijn omtrek zestig lamellen en maakt maximaal 470 omwentelingen per seconde. De snelheid van de doorgelaten neutronen bedraagt maximaal 880 meter per seconde. De spreiding in snelheden (de bandbreedte van het filter) is gereduceerd tot 11 procent en de transmissie bedraagt 80 procent. Dat is een belangrijke stap voorwaarts, omdat een meting met neutronen uren tot dagen kan duren en dus kostbaar is (Physik in unserer Zeit 26, p. 224).

De lamellen bestaan uit meerdere lagen koolstofvezels in epoxyhars en hebben aan weerszijden een laagje neutronen-absorberend materiaal. Iedere lamel is 0,4 mm dik en 10 gram zwaar, maar bij maximaal toerental staat elk bloot aan een trekkracht van ongeveer een ton. Geheel ongevaarlijk is het filter dus niet. De onderzoekers schatten de levensduur op 10.000 uur.