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Experimente zur Quantenmechanik mit ultrakalten Neutronen und Entwicklung eines neuen Detektors zum ortsaufgelösten Nachweis von thermischen Neutronen auf großen Flächen

Klein, Martin Oliver

English Title: Quantum-mechanical experiments of ultracold neutrons and development of a new position sensitive neutron-detector on large areas

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Postscript, German
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Abstract

Im ersten Teil dieser Arbeit werden zwei Experimente zur Quantenmechanik mit ultrakalten Neutronen durchgeführt. Die anomale Larmorphase ist ein Zusatzterm zu der normalen Larmorphase, die ein Spin in einem Magnetfeld B aufsammelt. Sie tritt immer dann auf, wenn ein Teilchen mit Spin und endlicher Ruhemasse einen Magnetfeld-Gradienten durchläuft. Da bei ultrakalten Neutronen die Energie der Zeeman-Aufspaltung in starken Magnetfeldern von derselben Größenordnung ist wie ihre kinetische Energie, können die anomalen Beiträge zur Larmorphase nicht mehr vernachlässigt werden. Dies äußert sich darin, daß die Larmorphase nicht mehr linear von der Magnetfeldstärke B und der Aufenthaltsdauer t im Magnetfeld abhängt. Anhand der von N. F. Ramsey entwickelten Methode der getrennt oszillierenden Hochfrequenz-Felder wurde dieser Effekt von uns mit ultrakalten Neutronen am Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble untersucht. Das zweite Experiment beschaftigt sich mit einer alternativen Methode zur Gewinnung ultrakalter Neutronen durch magnetisches Abbremsen. Im zweiten Teil wird ein neues Detektorkonzept zum ortsaufgelösten Nachweis thermischer Neutronen auf großen Flächen entwickelt. Dabei wird ein fester Neutronenkonverter auf beiden Seiten einer GEM-Folie aufgebracht. Da die GEM transparent für Ladung geschaltet werden kann, ist es möglich, die Nachweiseffizienz durch eine Kaskade beschichteter GEM-Folien zu steigern und die Ortsinformation vollständig zu erhalten. Dieser Detektor wird bei Normaldruck betrieben, besitzt eine hohe Ratenakzeptanz und ist unempfindlich gegenüber Gammastrahlung.

Translation of abstract (English)

In the first part of this thesis two quantum-mechanical experiments of ultracold neutrons are described. The anomalous Larmor phase is an additional term to the normal Larmor phase of a spin in a magnetic field. This effect takes place if a particle with spin and mass passes through a magnetic field gradient. If the energy of the Zeeman-splitting in strong magnetic fields for ultracold neutrons is of the same order as their kinetic energy, the anomalous contribution to the Larmor phase could not be neglected. Thus the Larmor phase is neither proportional to the magnetic field strength B nor to the time it spends in the field. In order to measure this effect, we have employed the separated oscillatory field magnetic resonance technique with ultracold neutrons at the Institute Laue-Langevin (ILL) in Grenoble. In the second experiment we tested an alternative method of producing ultracold neutrons by magnetic decelaration. In the second part of this work a new concept for position sensitive neutron detection on large areas is presented. A solid neutron-converter is placed on both sides of a GEM-foil. The GEM-foil could be operated in a mode where it is transparent for charges. Thus it is possible to put a couple of GEM-foils in series. The accumulated charge by all foils can be collected. As a consequence the detection efficiency is increased without a loss of spatial information. This detector runs at normal pressure, has a high count rate capability and is not sensitive for gamma-rays.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Dubbers, Prof. Dr. Dirk
Date of thesis defense: 26. July 2000
Date Deposited: 28. Dec 2000 00:00
Date: 2000
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Neutronendetektor, Ultrakaltes Neutron
Uncontrolled Keywords: Flächendetektor , ortsaufgelöst , Lamorphase , Quantenmechanikneutron detector , position sensitive , ultracold neutron , Larmorphase
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