Redaktionsschluss 20.07.23

Das Institut für Kern- und Teilchenphysik (IKTP) der Technischen Universität Dresden (TUD) hat im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) ein Labor zur Untersuchung von neutroneninduzierten kernphysikalischen Prozessen in Materialien, die für die Fusionsforschung relevant sind, aufgebaut. Das Labor ist ausgestattet mit drei intensiven Neutronenquellen: einer 14 MeV-Neutronenquelle, einer weißen kontinuierlichen Photoneutronen-Quelle, die näher in dieser Arbeit beschrieben wird, und einer gepulsten Photoneutronen-Quelle, die vom FZD inKooperation mit der TUD aufgebaut wurde. Die kontinuierliche Photoneutronen-Quelle basiert auf einem Radiator aus Wolfram (engl. Tungsten Photoneutron Source (TPNS)). TPNS nutzt die im ELBE-Beschleuniger (Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillianz und niedriger Emittanz (ELBE)) beschleunigten Elektronen zur Neutronenerzeugung. Der Prozess läuft über Zwischenschritte ab, indem bei der Abbremsung der Elektronen im Radiator Bremsstrahlungsphotonen entstehen, die anschließend Neutronen durch (γ,xn)-Reaktionen erzeugen. Das Neutronenspektrum der TPNS kann mittels Moderatoren so modifiziert werden, dass es dem in der ersten Wand im Fusionsreaktor entspricht. Dies ermöglicht Untersuchungen mit einem für einen Fusionsreaktor typischen Neutronenspektrum. Die technische Verwirklichung des Projektes, die Inbetriebnahme der Anlage sowie die Durchführung der ersten Experimente zur Neutronenerzeugung ist Inhalt dieser Arbeit. Die Neutronenquelle ist insbesondere für qualitative Untersuchungen in der Fusionsneutronik bestimmt. Der Fusionsreaktor produziert, im Vergleich zu einem Spaltungsreaktor, keine langlebigen Isotope als Abfall. Die wesentliche Aktivität des Reaktors ist in Konstruktionsmaterialien akkumuliert. Durch sorgfältige Auswahl der Materialien kann man die Aktivierung minimieren und damit künftig wesentlich weniger radioaktives Inventar produzieren als in Spaltreaktoren. Ziel der kernphysikalischen Untersuchungen ist, solche Materialien für den Aufbau eines Fusionsreaktors zu erforschen, die niedrigaktivierbar sind, das heißt wenig Aktivität akkumulieren können, und eine Halbwertzeit von einigen Jahren haben. Es ist das Ziel, alle Konstruktionsmaterialien nach 100 Jahren wiederverwenden zu können. Die Neutronenflussdichte einer Photoneutronenquelle ist einige Größenordnungen höher als die, die mittels eines DT-Neutronengenerators mit anschließender Moderation erreicht werden kann. Die gesamte Arbeit ist in drei Teile geteilt. Der erste Teil leitet in die Problematik der Energieversorgung ein und zeigt die Kernfusion als eine vielversprechende Energiequelle der naher Zukunft auf. Das Neutronenlabor der TUD, in dem die TPNS aufgebaut ist, wird ebenfalls kurz vorgestellt. Der zweite Teil befasst sich mit der TPNS selbst, mit ihrem physikalischen Entwurf, der Konstruktion und dem Aufbau bis zu der Inbetriebnahme sowie dem ersten Experiment an der TPNS. Der letzte, dritte Teil ist die Zusammenfassung der vorhandenen Ergebnisse und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Vorhaben. / The Institute for Nuclear and Particle Physics at the Technische Universität Dresden (TUD) has build a neutron physics laboratory at Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) to investigate nuclear processes in materials. The experiments are focused on materials relevant to nuclear fusion. The laboratory is equipped with three intensive neutron sources. The first is a 14 MeV monochromatic neutron source based on the DT reaction (owned by TUD); the other two are continuous and pulsed white photoneutron sources based on (γ,xn) reactions. One pulsed photoneutron source is realized by FZD in cooperation with the TUD. The continuous photoneutron source utilises a tungsten radiator (Tungsten Photoneutron Source) to produce neutrons with a wide energy spectra. The TPNS uses the ELBE-accelerator as a source of electrons for neutron production. This process involves an intermediate step, where slowed down electrons produce bremsstrahlung (γ -rays) absorbed by tungsten nuclei. Consecutively, the excited nuclei emit neutrons. The neutron flux of the photoneutron source is five orders of magnitude higher than the flux of the DT neutron sources with appropriate moderation. The neutron spectrum of TPNS can be modified by moderators, in such a way that the spectrum is comparable to that in the first wall of a Tokamak-Reactor. That allows investigations with the typical neutron spectrum of the fusion reactor. The technical solution, initial operation and the first experiment are described in this work. The neutron source is, in particular, dedicated to quantitative investigations in fusion neutronics. A fusion reactor produces radioactive isotopes as a nuclear waste. The main activity is accumulated in the structural materials. Carefully selected structural materials can significantly minimize the activity and thereby the amount of nuclear waste. The purpose of this project is to find constructional materials with half-lives shorter than several years, which can be recycled after about 100 years. The work is divided into three parts. The first part is dedicated to the energy supply problem and nuclear fusion is addressed as a promising solution of the near future. The neutron laboratory housing the TPNS is also briefly described. The second part deals with the tungsten photoneutron source, the design, construction, operation and the first experiments for neutron production. The third part summarises results and presents an outlook for future experiments with the TPNS.

Das Thema der Arbeit ist experimentelle Bestimmung der Ausbeute durch Photoaktivierung von Mo-92 mittels Bremsstrahlung des supraleitenden Elektronenlinearbeschleuniger ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf. Mo-92 ist der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit und wird in astrophysikalischen Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert. Untersucht wurde dabei insbesondere der (gamma,p)- und (gamma,n)-Kanal, wobei für letzteren wegen der Halbwertszeit des Endkerns (Isomer) von 65 s eine Rohrpost verwendet wurde. Die Aktivierung erfolgte an zwei verschiedenen Bestrahlungsplätzen. Am Kernphysikmessplatz konnte die Photonenfluenz absolut mittels Kernresonanzfluoreszenz an B-11 bestimmt werden. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion Au-197(gamma,n) zur Normierung verwendet. Die Endpunktsenergie wurde über den Deuteronenaufbruch durch Messung der Protonenspektren mit Si-Detektoren bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit der integralen Ausbeute mit Hauser-Feshbach-Modellrechnungen verglichen. Parasitär konnte auch die Ausbeute der Aktivierung des in natürlichem Mo enthaltenen Isotops Mo-100 untersucht und mit früheren Photoneutronenexperimenten verglichen werden.

Die kosmische Nukleosynthese 35 protonenreicher stabiler Nuklide zwischen Selen und Blei kann nicht durch Neutroneneinfangprozesse erklärt werden. Es wird angenommen, dass diese Kerne in explosiven Szenarien, wie Supernova-Explosionen durch Protoneneinfang oder Photodesintegrationsprozesse, erzeugt werden, jedoch sind die solaren Häufigkeiten dieser sogenannten p-Kerne noch nicht verstanden. Der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit, 92Mo, wird in Nukleosynthese-Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert. Eine mögliche Ursache könnten unpräzise Reaktionswirkungsquerschnitte sein, da die meisten Wirkungsquerschnitte nur aus Modellrechnungen bekannt sind. Daher war es naheliegend, die Photodesintegrationswirkungsquerschnitte von 92Mo mit der Methode der Photoaktivierung an der Strahlungsquelle ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf zu überprüfen. Durch die hohe Intensität der Bremsstrahlung von bis zu 10^9 MeV^-1cm^-2s^-1 im Energiebereich bis zu 20 MeV konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmals nicht nur die (γ,n)-, sondern auch die (γ,p)-Reaktionen an 92Mo bei astrophysikalisch relevanten Energien untersucht werden. Durch die Messungen an zwei Bestrahlungsplätzen konnten systematische Unsicherheiten reduziert werden. Insbesondere wurde eine präzise Bestimmung der Photonenfluenz vorgenommen: Am Kernphysikmessplatz erfolgte die Bestimmung mittels Kernresonanzfluoreszenz an 11B. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion 197Au(γ,n) zur Normierung der Photonenfluenz verwendet, nachdem sie zuvor am Kernphysikmessplatz überprüft wurde. Die Reaktion 92Mo(γ,n)91mMo, mit einer Halbwertszeit des Endkerns von 65 s, war dank einer Rohrpost zugänglich, mit der die Proben in weniger als 10 s von der Bestrahlungsstation zum Zerfallsmessplatz transportiert werden können. Die Messungen dieser Arbeit bestätigen im wesentlichen die Hauser-Feshbach-Modellrechnungen bezüglich der Photodesintegrationsreaktionen (γ,n) und (γ,p). Die Unterproduktion der Mo- und Ru-Isotope ist daher nicht erklärbar durch ungenaue Wirkungsquerschnitte. Zur Nukleosynthese dieser Kerne müssen andere astrophysikalische Prozesse, z.B. neutrinoinduzierte Reaktionen beitragen. Die gemessenen Photoaktivierungsausbeuten haben eine hohe Empfindlichkeit auf die Photonenstärkefunktion. ÄAnderungen der Dipolriesenresonanzparameter wirken sich stärker auf berechnete Ausbeuten aus, als ÄAnderungen der Kernniveaudichte oder der Parameter des optischen Modells. Durch gleichzeitige Messung der Photodesintegration am Kern 100Mo konnten Unsicherheiten in der Normierung von Photoneutronenexperimentdaten aus der Positronenannihilation im Flug geklärt werden.

Die kosmische Nukleosynthese 35 protonenreicher stabiler Nuklide zwischen Selen und Blei kann nicht durch Neutroneneinfangprozesse erklärt werden. Es wird angenommen, dass diese Kerne in explosiven Szenarien, wie Supernova-Explosionen durch Protoneneinfang oder Photodesintegrationsprozesse, erzeugt werden, jedoch sind die solaren Häufigkeiten dieser sogenannten p-Kerne noch nicht verstanden. Der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit, 92Mo, wird in Nukleosynthese-Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert. Eine mögliche Ursache könnten unpräzise Reaktionswirkungsquerschnitte sein, da die meisten Wirkungsquerschnitte nur aus Modellrechnungen bekannt sind. Daher war es naheliegend, die Photodesintegrationswirkungsquerschnitte von 92Mo mit der Methode der Photoaktivierung an der Strahlungsquelle ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf zu überprüfen. Durch die hohe Intensität der Bremsstrahlung von bis zu 10^9 MeV^-1cm^-2s^-1 im Energiebereich bis zu 20 MeV konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmals nicht nur die (γ,n)-, sondern auch die (γ,p)-Reaktionen an 92Mo bei astrophysikalisch relevanten Energien untersucht werden. Durch die Messungen an zwei Bestrahlungsplätzen konnten systematische Unsicherheiten reduziert werden. Insbesondere wurde eine präzise Bestimmung der Photonenfluenz vorgenommen: Am Kernphysikmessplatz erfolgte die Bestimmung mittels Kernresonanzfluoreszenz an 11B. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion 197Au(γ,n) zur Normierung der Photonenfluenz verwendet, nachdem sie zuvor am Kernphysikmessplatz überprüft wurde. Die Reaktion 92Mo(γ,n)91mMo, mit einer Halbwertszeit des Endkerns von 65 s, war dank einer Rohrpost zugänglich, mit der die Proben in weniger als 10 s von der Bestrahlungsstation zum Zerfallsmessplatz transportiert werden können. Die Messungen dieser Arbeit bestätigen im wesentlichen die Hauser-Feshbach-Modellrechnungen bezüglich der Photodesintegrationsreaktionen (γ,n) und (γ,p). Die Unterproduktion der Mo- und Ru-Isotope ist daher nicht erklärbar durch ungenaue Wirkungsquerschnitte. Zur Nukleosynthese dieser Kerne müssen andere astrophysikalische Prozesse, z.B. neutrinoinduzierte Reaktionen beitragen. Die gemessenen Photoaktivierungsausbeuten haben eine hohe Empfindlichkeit auf die Photonenstärkefunktion. ÄAnderungen der Dipolriesenresonanzparameter wirken sich stärker auf berechnete Ausbeuten aus, als ÄAnderungen der Kernniveaudichte oder der Parameter des optischen Modells. Durch gleichzeitige Messung der Photodesintegration am Kern 100Mo konnten Unsicherheiten in der Normierung von Photoneutronenexperimentdaten aus der Positronenannihilation im Flug geklärt werden.

Das Thema der Arbeit ist experimentelle Bestimmung der Ausbeute durch Photoaktivierung von Mo-92 mittels Bremsstrahlung des supraleitenden Elektronenlinearbeschleuniger ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf. Mo-92 ist der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit und wird in astrophysikalischen Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert. Untersucht wurde dabei insbesondere der (gamma,p)- und (gamma,n)-Kanal, wobei für letzteren wegen der Halbwertszeit des Endkerns (Isomer) von 65 s eine Rohrpost verwendet wurde. Die Aktivierung erfolgte an zwei verschiedenen Bestrahlungsplätzen. Am Kernphysikmessplatz konnte die Photonenfluenz absolut mittels Kernresonanzfluoreszenz an B-11 bestimmt werden. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion Au-197(gamma,n) zur Normierung verwendet. Die Endpunktsenergie wurde über den Deuteronenaufbruch durch Messung der Protonenspektren mit Si-Detektoren bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit der integralen Ausbeute mit Hauser-Feshbach-Modellrechnungen verglichen. Parasitär konnte auch die Ausbeute der Aktivierung des in natürlichem Mo enthaltenen Isotops Mo-100 untersucht und mit früheren Photoneutronenexperimenten verglichen werden.

Das Institut für Kern- und Teilchenphysik (IKTP) der Technischen Universität Dresden (TUD) hat im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) ein Labor zur Untersuchung von neutroneninduzierten kernphysikalischen Prozessen in Materialien, die für die Fusionsforschung relevant sind, aufgebaut. Das Labor ist ausgestattet mit drei intensiven Neutronenquellen: einer 14 MeV-Neutronenquelle, einer weißen kontinuierlichen Photoneutronen-Quelle, die näher in dieser Arbeit beschrieben wird, und einer gepulsten Photoneutronen-Quelle, die vom FZD inKooperation mit der TUD aufgebaut wurde. Die kontinuierliche Photoneutronen-Quelle basiert auf einem Radiator aus Wolfram (engl. Tungsten Photoneutron Source (TPNS)). TPNS nutzt die im ELBE-Beschleuniger (Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillianz und niedriger Emittanz (ELBE)) beschleunigten Elektronen zur Neutronenerzeugung. Der Prozess läuft über Zwischenschritte ab, indem bei der Abbremsung der Elektronen im Radiator Bremsstrahlungsphotonen entstehen, die anschließend Neutronen durch (γ,xn)-Reaktionen erzeugen. Das Neutronenspektrum der TPNS kann mittels Moderatoren so modifiziert werden, dass es dem in der ersten Wand im Fusionsreaktor entspricht. Dies ermöglicht Untersuchungen mit einem für einen Fusionsreaktor typischen Neutronenspektrum. Die technische Verwirklichung des Projektes, die Inbetriebnahme der Anlage sowie die Durchführung der ersten Experimente zur Neutronenerzeugung ist Inhalt dieser Arbeit. Die Neutronenquelle ist insbesondere für qualitative Untersuchungen in der Fusionsneutronik bestimmt. Der Fusionsreaktor produziert, im Vergleich zu einem Spaltungsreaktor, keine langlebigen Isotope als Abfall. Die wesentliche Aktivität des Reaktors ist in Konstruktionsmaterialien akkumuliert. Durch sorgfältige Auswahl der Materialien kann man die Aktivierung minimieren und damit künftig wesentlich weniger radioaktives Inventar produzieren als in Spaltreaktoren. Ziel der kernphysikalischen Untersuchungen ist, solche Materialien für den Aufbau eines Fusionsreaktors zu erforschen, die niedrigaktivierbar sind, das heißt wenig Aktivität akkumulieren können, und eine Halbwertzeit von einigen Jahren haben. Es ist das Ziel, alle Konstruktionsmaterialien nach 100 Jahren wiederverwenden zu können. Die Neutronenflussdichte einer Photoneutronenquelle ist einige Größenordnungen höher als die, die mittels eines DT-Neutronengenerators mit anschließender Moderation erreicht werden kann. Die gesamte Arbeit ist in drei Teile geteilt. Der erste Teil leitet in die Problematik der Energieversorgung ein und zeigt die Kernfusion als eine vielversprechende Energiequelle der naher Zukunft auf. Das Neutronenlabor der TUD, in dem die TPNS aufgebaut ist, wird ebenfalls kurz vorgestellt. Der zweite Teil befasst sich mit der TPNS selbst, mit ihrem physikalischen Entwurf, der Konstruktion und dem Aufbau bis zu der Inbetriebnahme sowie dem ersten Experiment an der TPNS. Der letzte, dritte Teil ist die Zusammenfassung der vorhandenen Ergebnisse und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Vorhaben. / The Institute for Nuclear and Particle Physics at the Technische Universität Dresden (TUD) has build a neutron physics laboratory at Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) to investigate nuclear processes in materials. The experiments are focused on materials relevant to nuclear fusion. The laboratory is equipped with three intensive neutron sources. The first is a 14 MeV monochromatic neutron source based on the DT reaction (owned by TUD); the other two are continuous and pulsed white photoneutron sources based on (γ,xn) reactions. One pulsed photoneutron source is realized by FZD in cooperation with the TUD. The continuous photoneutron source utilises a tungsten radiator (Tungsten Photoneutron Source) to produce neutrons with a wide energy spectra. The TPNS uses the ELBE-accelerator as a source of electrons for neutron production. This process involves an intermediate step, where slowed down electrons produce bremsstrahlung (γ -rays) absorbed by tungsten nuclei. Consecutively, the excited nuclei emit neutrons. The neutron flux of the photoneutron source is five orders of magnitude higher than the flux of the DT neutron sources with appropriate moderation. The neutron spectrum of TPNS can be modified by moderators, in such a way that the spectrum is comparable to that in the first wall of a Tokamak-Reactor. That allows investigations with the typical neutron spectrum of the fusion reactor. The technical solution, initial operation and the first experiment are described in this work. The neutron source is, in particular, dedicated to quantitative investigations in fusion neutronics. A fusion reactor produces radioactive isotopes as a nuclear waste. The main activity is accumulated in the structural materials. Carefully selected structural materials can significantly minimize the activity and thereby the amount of nuclear waste. The purpose of this project is to find constructional materials with half-lives shorter than several years, which can be recycled after about 100 years. The work is divided into three parts. The first part is dedicated to the energy supply problem and nuclear fusion is addressed as a promising solution of the near future. The neutron laboratory housing the TPNS is also briefly described. The second part deals with the tungsten photoneutron source, the design, construction, operation and the first experiments for neutron production. The third part summarises results and presents an outlook for future experiments with the TPNS.

Entdecken Sie unsere Region Dresden und das Elbland per Rad. Die in dieser Karte abgebildeten Touren sind alphabetisch sortiert. Für weitere Informationen besuchen Sie gerne unsere Website www.dresden-elbland.de/radtouren oder folgen Sie uns unter www.komoot.de/user/dresdenelbland.

At the Leibniz Institute of Ecological and Regional Development (IOER) in Dresden scientists work to investigate landscape dynamics and their cumulative environmental effects. Historic flood maps are important sources of information when evaluating past floods and making comparison with more recent ones. There exist two maps documenting historic Elbe floods in Saxony in 1845 and 1890, and their contents have been analysed and compared with recent flood data of 2002. This paper will discuss both the specific characteristics of such unique historic maps and the problems of their incorporation into the GIS workflow, including the derivation of land use from the maps and its verification. Geodata overlay of various flood events allows statements to be made about the development of flood risk in spatially differentiated areas. This valuable geodata has been placed on the internet for access by the public, planners and researchers.

Continuous growth in transport performance leads to deterioration of the transport infrastructure and there is also a need for states to raise funds to cover the costs of repairs, maintenance and modernization of this infrastructure. One option is to charge users of such infrastructure. In the Czech Republic there is a system of charges only for the use of road and rail transport routes. There is no charging of waterways in the Czech Republic, but it exists in some european countries. This diploma thesis deals with the issue of the charging of waterways in the European Union and thus points out the existence of an alternative possibility of financing expenditures for repairs, maintenance or modernization of the transport infrastructure serving the Czech water transport. The first three chapters contain the theoretical background, focusing in particular on the importance of freight water transport and European policy. The other chapters include an analysis of the established charging system for waterways in Germany. Subsequently, the total revenue from the charging of users of waterways for freight transport is calculated. From this analysis, the thesis is also based on the creation of a model for charging the Elbe waterway in the Czech Republic. After creating the preconditions for charging the Elbe waterway, the potential revenue obtained by this charging was also calculated and compared with the average annual cost of repairs and maintenance of watercourses in the Czech Republic.