Editing Neutrinoexperimente

<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{\to}{35d} {}^{37}Cl + \nu</math> (freies Edelgasatom in einer Gaszelle) mit 35d <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 Rodebach und Allen <ref>[Phys. Rev. ]j, 446 (1952)]</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 Neutronenüberschuß ß--Strahler, die Antineutrinos
emittieren.
Pro Spaltung ca.6'v", daraus 'v"- Produktion aus Reaktorleistung berechenbar:
Pro Spaltung
Leistung L =
wird ca. 200 MeV",= 3,2.10-17 MWs frei, d. h. bei
1 MW -+ N('v") = 6v.1MW "" 2·10 17 'v" /s
3,2.10-17MWS
=== Sonne <math>\triangleq </math> Neutrinoquelle ===
Da bei der Fusion aus H -+ He entsteht, müssen dabei ebenso Neutrinos
entstehen.
Fusion: 2e- + 4p CN-ZyklUS;>He4 + 2v + ca. 20 MeV, d.h. pro 10 MeV
Fusionsenergie entsteht ca. 1 v.
Damit Neutrinofluß auf der Erde aus Solarkonstante umgerechnet:
S = 1,4 kW/mZ 1v "" 10 MeV = 1,6 .10-1Z Ws
N(V) = 1,4ol0
3
Wm-
Z = 8.1014v/mZs
1,6.10-1Zws/v
Erstes Experiment von Reines und Cowan [Phys. Rev. 92, 830 (53)]
mit Reaktorantineutrinos. (Los Alamos)
Das Meßprinzip beruht darauf, daß bei einer möglichen Reaktion v+p
-+ n + e+ die beiden Vernichtungsquanten aus der Positronzerstrahlung
e+ + e- -+ 2 ~ (E~ = 0,5 MeV) und nach einer bestimmten Abbrems
zeit durch Neutroneneinfang von 113Cd mehrere ~ aus dem Kaskadenzerfall
des hochangeregten 114Cd (E ~ 9 MeV) in Mehrfachkoinzidenz
gemessen werden.
[[Datei:14.2.messung.reaktorneutrinos.png|miniatur|zentriert|hochkant=3]]

[[Datei:14.3.reaktorneutrinos.prinzip.png|miniatur|zentriert|hochkant=3]]

Grobe Abschätzung der Zählrate:
a (Reaktor-v) "" 10-47mZ, Reaktor L "" 10 MW ~ 2.1018v/s
Fluß in ca. 1 m Abstand e "" 1017v/m2.s,
Targetfläche F = 7,6 cm • 150 cm"" 0,1 mZ, d. h. ca. 1016v/s durch
Target von ca. 2 m Länge.
Reaktionswahrscheinlichkeit aNl "" 10-47m2.10Z9m-3.2m
"" 10-18
Zählrate/s "" 1016s-1.10-18 ~ 10-Zs-1
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
v ~ 'v"- Experiment Davis et al., Phys. Rev. 97, 766 (1955)
Prinzip e- + 37Ar ---) 37Cl + v
f~
37Cl + 'v"
~'Reaktor
4000 1 CC14 wurden 30-70 Tage mit Reaktor-v bestrahlt und etwa gebildetes
37Ar durch Aktivitätsmessung gezählt -+ Negatives Ergebnis.