| Latest revision |
Your text |
| Line 1: |
Line 1: |
| <noinclude>{{ScriptProf|Kapitel=14|Abschnitt=0|Prof=Prof. Dr. P. Zimmermann|Thema=Kern- und Strahlungsphysik|Schreiber=Moritz Schubotz}}</noinclude> | | <noinclude>{{ScriptProf|Kapitel=14|Abschnitt=0|Prof=Prof. Dr. P. Zimmermann|Thema=Kern- und Strahlungsphysik|Schreiber=Moritz Schubotz}}</noinclude> |
|
| |
|
| |
| a) indirekt über Rückstoßkern b) direkt über inversen ß-Zerfall
| |
|
| |
| == Rückstoßexperimente==
| |
| Am besten {{FB|Elektroneneinfang}} wegen {{FB|2-Körperproblem}}, gut geeignet z.B.
| |
| :<math>e^- + {}^{37}\text{Ar}\underset{35d}{\to} {}^{37}Cl + \nu</math> (freies Edelgasatom in einer Gaszelle) mit <math>E_\nu = 810keV</math>
| |
|
| |
| Rückstoßenergie durch Flugzeitmessung: Rückstoßgeschwindigkeit v:
| |
| <math>Mv = P_\nu = E_\nu/c, v/c = E_\nu/Mc^2= 8,1\times10^5 eV/37\times10^9 eV \approx 2\times10^{-5}\to v = 6\times10^5 cm/s</math>
| |
|
| |
| Exp. von Rodeback und Allen <ref>Phys. Rev. 86, 446 (1952) [http://prola.aps.org/abstract/PR/v86/i4/p446_1 Neutrino Recoils Following the Capture of Orbital Electrons in A<sup>37</sup>]</ref> durch Koinzidenz
| |
| von dem schnellen {{FB|Augerelektronen}}signal (Startsignal) und
| |
| dem (verzögerten) Ionensignal (<math>^{37}Cl^+</math>), das bei einer Wegstrecke von
| |
| z.B. <math>l = 6 cm</math> eine Flugzeit von <math>t = l/v = 6 cm/6\times10^5 cm s^{-1} = 10 \mu s</math>
| |
| benötigt.
| |
|
| |
| == Inverser ß-Zerfall ==
| |
| aus <math>\begin{align}
| |
| p & \to n+e^+ +\nu \\
| |
| \tilde \nu + p & \to n+e^+
| |
| \end{align}</math> inverser ß-Zerfall, <math>E_0\approx E_{\tilde \nu}</math>
| |
|
| |
| {{FB|Wirkungsquerschnitt}} für <math>E_{\tilde \nu} \approx MeV \sigma \approx 10^{-48} m^2</math>
| |
|
| |
| (<math>\sigma ~E_{ \nu} ^2</math> z.B. <math>E_{ \nu} \approx GeV \to \sigma\approx 10^{-42} m^2</math>)
| |
|
| |
|
| |
| [[Datei:14.1.bedeutung.wirkungsquerschnitt.png|miniatur|hochkant=3|Bedeutung von <math>\sigma</math> ]]
| |
| Festkörper z.B. Wasser <math>N(H_20) \approx 3\times 10^{22}</math> Mo1eküle / cm³
| |
|
| |
| <math>\sigma Nl =</math> Wahrscheinlichkeit für eine Reaktion
| |
|
| |
|
| |
| z.B. <math>N \approx 10^{23}</math> Kerne/cm³, Targetlänge 1 = gesamte Erde = 1,2 <math>10^9</math> cm
| |
| :<math>\to \sigma Nl \approx 10^{-44} cm^2 10^{23} cm^{- 30} 1,2 \times 10^9 cm\approx 10^{-12}</math>
| |
|
| |
| ==Starke Neutrinoguellen==
| |
| === Reaktor <math>\triangleq </math> Antineutrino-Quelle===
| |
| Spaltprodukte wegen {{FB|Neutronenüberschuß}} <math>\beta^-</math>-Strahler, die {{FB|Antineutrino}}s emittieren.
| |
|
| |
| Pro Spaltung ca.<math>6\bar \nu</math>, daraus '<math>\bar \nu</math>-Produktion aus Reaktorleistung berechenbar:
| |
|
| |
| Pro Spaltung wird ca. 200 MeV= 3,2 10<sup>-17</sup> MWs frei, d. h. bei Leistung <math>L =1 MW \to N(\bar\nu) = \frac{6\bar \nu1MW}{3,2\times 10^{-17}}\approx 2\times 10^{17}\bar \nu /s</math>
| |
|
| |
| === Sonne <math>\triangleq </math> Neutrinoquelle ===
| |
| Da bei der {{FB|Fusion}} aus H --> He entsteht, müssen dabei ebenso {{FB|Neutrino}}s entstehen.
| |
| Fusion: <math>2e^- + 4p \underset{\text{CN-Zyklus}}{\to}He^4 + 2\nu + \text{ca. 20 MeV}</math>, d.h. pro 10 MeV
| |
| Fusionsenergie entsteht ca. 1 <math>\nu</math>.
| |
|
| |
| Damit Neutrinofluß auf der Erde aus Solarkonstante umgerechnet:
| |
| S = 1,4 kW/m² 1<math>\nu\approx</math> 10 MeV = 1,6 10<sup>-12</sup> Ws
| |
|
| |
| :<math>N(\nu) = \frac{1,4 \times 10^3 Wm^{-2}}{1,6 \times 10^{12} Ws/nu} = 8\times10^{14}\nu/m^2s</math>
| |
|
| |
|
| |
| Erstes Experiment von Reines und Cowan <ref>Phys. Rev. 92, 830 (53)</ref> mit Reaktorantineutrinos. (Los Alamos)
| |
|
| |
| Das Meßprinzip beruht darauf, daß bei einer möglichen Reaktion <math>\bar \nu+p \to n + e^+</math> die beiden Vernichtungsquanten aus der Positronzerstrahlung <math>e^+ + e^- \to 2 \gamma</math> (<math>E_\gamma = 0,5 MeV</math>) und nach einer bestimmten Abbremszeit durch Neutroneneinfang von <math>{}^{113}Cd</math> mehrere <math>\gamma</math> aus dem Kaskadenzerfall
| |
| des hochangeregten <math>{}^{114}Cd</math> (<math>E \approx 9 MeV</math>) in Mehrfachkoinzidenz gemessen werden.
| |
| [[Datei:14.2.messung.reaktorneutrinos.png|miniatur|zentriert|hochkant=3|Experiment Neutrinomessung (Reines und Cowan)]]
| |
|
| |
| [[Datei:14.3.reaktorneutrinos.prinzip.png|miniatur|zentriert|hochkant=3|Schema Neutrinomessung]]
| |
|
| |
| Grobe Abschätzung der Zählrate:
| |
|
| |
| <math>\sigma</math> (Reaktor-<math>\bar \nu</math>) <math>\approx 10^{-47}m^2</math>, Reaktor <math>L \approx 10 MW ~ 2\times10^{18}\bar \nu/s</math>
| |
| Fluß in ca. 1 m Abstand <math>\theta \approx 10^{17}\bar \nu/m^2s</math>,
| |
| Targetfläche F = 7,6 cm • 150 cm <math>\approx</math> 0,1 m², d. h. ca. <math>10^{16}\bar \nu/s</math> durch
| |
| Target von ca. 2 m Länge.
| |
|
| |
|
| |
| Reaktionswahrscheinlichkeit <math>\sigma Nl \approx 10^{-47}m^2 10^{29}m^{-3}2m\approx 10^{-18}</math>
| |
|
| |
| Zählrate/s <math>\approx 10^{16}s^{-1} 10^{-18} \approx 10^{-2}s^{-1}</math>
| |
| Großer Untergrund durch Reaktor und kosmische Strahlung. Erste Ergebnisse
| |
| in Zählrate/min:
| |
| *2,55 ± 0,15 Reaktor an
| |
| *2,14 ± 0,13 Reaktor aus
| |
| ----
| |
| *0,41 ± 0,20/min
| |
| <math>\nu \neq \bar \nu</math>-Experiment <ref>Davis et al., Phys. Rev. 97, 766 (1955)</ref>
| |
|
| |
| Prinzip<math> \begin{align}
| |
| e^- + {}^{37}\text{Ar} & \to {}^{37}\text{Cl} + \nu\\
| |
| & \leftarrow \\
| |
| & \nleftarrow {}^{37}\text{Cl} + \underbrace{\bar \nu}_{\text{Reaktor}}
| |
| \end{align}</math>
| |
|
| |
| 4000 1 CC1<sub>4</sub> wurden 30-70 Tage mit Reaktor-<math>\bar\nu</math> bestrahlt und etwa gebildetes <math>^{37}</math>Ar durch Aktivitätsmessung gezählt --> <u>Negatives</u> Ergebnis
| |
|
| |
| ==Einzelnachweise==
| |
| <references/>
| |
| ==Ergänzende Infromationen==
| |
| (gehört nicht zum Skript)
| |
|
| |
|
| |
| ===[http://www.physik.rwth-aachen.de/~stahl/Seminar/Kaufmann.pdf Seminarvortrag Experimenteller Neutrinonachweis und Helizität]===
| |
| *oben beschriebenes Experiment ist 3. Versuch (Savannah River Experiment)
| |
| *1. Idee Atombombe
| |
| *2. Idee Hanford-> zu großes Rauschen (kosmische Strahlung)
| |
| *Cd = Cadmium
| |
|
| |
|
| |
| ===Prüfungsfragen (Prof. Kanngießer)===
| |
| * Neutrinoexperimente (habe alle relevanten Experimente aus dem Mayer-Kuckuk aufgezählt)
| |
| * Experiment von Reines und Cowan näher erklären (Reaktionen aufmalen,
| |
| **Warum Zeitdifferenz? ->Abbremszeit der Neutronen;
| |
| **Warum NaJ als 'Y-Detektor? -> wegen benötigter Detektorgröße
| |
| * Neutrinos: Was ist das wozu braucht man die (beim ß Zerfall)? Problem Energie + Impulserhal tung + Spin -> Erklärung es ex. ungeladenes Fermion
| |
| ** Nachweis?
| |
| *** Direkt: Ar->CI Rückstoß messen (Mit Skizze + ausführlicher Erklärung)Indirekt: induzierter Protonzerfall , e+e-Annihilalion; Koinzidenz verzögert CdNeutronnachweis
| |
| ** Was misst man jeweils Neutrino/Antineutrino; Wo bekommt man sie her?--> Sonne/Kernreaktor
| |
| **warum? -> Neutronenüberschuß der Spaltprodukte
| |