Ein Ziel der modernen Physik ist die experimentelle Beobachtung des neutrinolosen Doppelbetazerfalls (0nbb). Unter den wenigen in der Natur vorkommenden Nukliden ist 76-Ge ein möglicher Kandidat an denen dieser Prozess unter anderem mit dem Experiment GERDA nachgewiesen werden soll. Die extrem geringe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer 0nbb-Umwandlung ist mindestens zehn Größenordnungen kleiner ist als die des Beta-Zerfalls von 115-In mit einer Halbwertszeit von 4,41x10^14 Jahren, einem der seltensten in der Natur beobachteten Kernumwandlungen. Die dafür erforderliche hohe Detektions Sensitivität wird unter anderem vom Messuntergrund bestimmt, dessen genaue Kenntnis für die Auswertung der Messdaten erforderlich ist. In dieser Arbeit wurden neutronenphysikalische Studien an Germanium durchgeführt, die essentielle Lücken in diesem Kenntnisstand schließen. Neutronen können durch direkte Wechselwirkung mit Germanium sowie der umgebenden Materie des Detektors oder indirekt durch Aktivierung Zählereignisse hervorrufen. Für das Verständnis des damit verursachten Untergrundes wurde der Neutronenwechselwirkungsquerschnitt 70-Ge(n,3n)68-Ge, das Anregungsschema von 76-Ge und der energieabhängige Anregungsquerschnitt für einige dieser Zustände untersucht. Der mangelhafte Messdatenbestand für natürlich vorkommende Germaniumisotope wird dabei entscheidend verbessert. Um die Untersuchung des 76-Ge Anregungsschemas und den Zugang zu einer Palette weiterer Experimente zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein leistungsfähiges, sehr speziellen Anforderungen entsprechendes Rohrpostsystem entwickelt und im Neutronenlabor der TU Dresden installiert. Ein weiteres neutronenphysikalisches Experiment untersucht den bisher unbeobachteten Elektroneneinfang von 76-As. Dadurch wird eine Möglichkeit gezeigt die oftmals nur mit theoretischen Modellen zugänglichen und mit großen Unsicherheiten behafteten Übergansmatrixelemente experimentell zu bestimmen. Diese spielen bei der Auswertung von Experimenten zum Doppelbetazerfall, insbesondere des Experimentes GERDA, eine entscheidende Rolle. / One goal of modern physics is the experimental observation of the neutrinoless double beta decay (0nbb). Among the few naturally occurring nuclides 76-Ge is one candidate to which this process is to verify, amongest others with the GERDA experiment. The extremely low probability of occurrence for a 0nbb-decay is of at least ten orders of magnitude smaller than that of the Beta-decay of 115-In, one of the rarest beta transitions observed in nature with a half-life of 4.41x10^14 years. Thefore a high detection sensitivity is required, wich depends among other things on the measuring background. Its exact knowledge is necessary for the evaluation of the measuring data. In this work neutron-physical studies were performed on germanium aiming to close the essential gaps in this state of knowledge. Neutrons can cause counting events by direct interaction with germanium and the surrounding matter of the detector or indirectly by activation of any of these materials. For understanding of those background signals, the neutron interaction cross section 70-Ge(n,3n)68-Ge, the levelsceme and the energy-dependent excitation cross section of 76-Ge has been investigated. The lack of data inventory for natural germanium has been improved significantly. To enable the investigation of the 76-Ge level sceme and the access to a range of other experiments, a powerful, very special requirements corresponding pneumatic tube system was developed and installed in scope of this work at the neutron laboratory of the TU Dresden. Another neutron physics experiment examined the so far unobserved electroncapture of 76-As. This shows one way to determine transition matrix elements experimentally, which is often only accessible through theoretical models and prone to large uncertainties. These Matrix elements play a crucial role in the analysis of experiments on double beta decay, in particular the GERDA experiment.

Ein Ziel der modernen Physik ist die experimentelle Beobachtung des neutrinolosen Doppelbetazerfalls (0nbb). Unter den wenigen in der Natur vorkommenden Nukliden ist 76-Ge ein möglicher Kandidat an denen dieser Prozess unter anderem mit dem Experiment GERDA nachgewiesen werden soll. Die extrem geringe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer 0nbb-Umwandlung ist mindestens zehn Größenordnungen kleiner ist als die des Beta-Zerfalls von 115-In mit einer Halbwertszeit von 4,41x10^14 Jahren, einem der seltensten in der Natur beobachteten Kernumwandlungen. Die dafür erforderliche hohe Detektions Sensitivität wird unter anderem vom Messuntergrund bestimmt, dessen genaue Kenntnis für die Auswertung der Messdaten erforderlich ist. In dieser Arbeit wurden neutronenphysikalische Studien an Germanium durchgeführt, die essentielle Lücken in diesem Kenntnisstand schließen. Neutronen können durch direkte Wechselwirkung mit Germanium sowie der umgebenden Materie des Detektors oder indirekt durch Aktivierung Zählereignisse hervorrufen. Für das Verständnis des damit verursachten Untergrundes wurde der Neutronenwechselwirkungsquerschnitt 70-Ge(n,3n)68-Ge, das Anregungsschema von 76-Ge und der energieabhängige Anregungsquerschnitt für einige dieser Zustände untersucht. Der mangelhafte Messdatenbestand für natürlich vorkommende Germaniumisotope wird dabei entscheidend verbessert. Um die Untersuchung des 76-Ge Anregungsschemas und den Zugang zu einer Palette weiterer Experimente zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein leistungsfähiges, sehr speziellen Anforderungen entsprechendes Rohrpostsystem entwickelt und im Neutronenlabor der TU Dresden installiert. Ein weiteres neutronenphysikalisches Experiment untersucht den bisher unbeobachteten Elektroneneinfang von 76-As. Dadurch wird eine Möglichkeit gezeigt die oftmals nur mit theoretischen Modellen zugänglichen und mit großen Unsicherheiten behafteten Übergansmatrixelemente experimentell zu bestimmen. Diese spielen bei der Auswertung von Experimenten zum Doppelbetazerfall, insbesondere des Experimentes GERDA, eine entscheidende Rolle. / One goal of modern physics is the experimental observation of the neutrinoless double beta decay (0nbb). Among the few naturally occurring nuclides 76-Ge is one candidate to which this process is to verify, amongest others with the GERDA experiment. The extremely low probability of occurrence for a 0nbb-decay is of at least ten orders of magnitude smaller than that of the Beta-decay of 115-In, one of the rarest beta transitions observed in nature with a half-life of 4.41x10^14 years. Thefore a high detection sensitivity is required, wich depends among other things on the measuring background. Its exact knowledge is necessary for the evaluation of the measuring data. In this work neutron-physical studies were performed on germanium aiming to close the essential gaps in this state of knowledge. Neutrons can cause counting events by direct interaction with germanium and the surrounding matter of the detector or indirectly by activation of any of these materials. For understanding of those background signals, the neutron interaction cross section 70-Ge(n,3n)68-Ge, the levelsceme and the energy-dependent excitation cross section of 76-Ge has been investigated. The lack of data inventory for natural germanium has been improved significantly. To enable the investigation of the 76-Ge level sceme and the access to a range of other experiments, a powerful, very special requirements corresponding pneumatic tube system was developed and installed in scope of this work at the neutron laboratory of the TU Dresden. Another neutron physics experiment examined the so far unobserved electroncapture of 76-As. This shows one way to determine transition matrix elements experimentally, which is often only accessible through theoretical models and prone to large uncertainties. These Matrix elements play a crucial role in the analysis of experiments on double beta decay, in particular the GERDA experiment.

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.

This work contributes to the structure investigation on the basis of small-angle neutron scattering (SANS). A new analytical scattering function for polydispers precipitates with diffusion zones is presented and used in SANS experiments. For diluted and dense packed systems structure describing parameter values were obtained. These results lead to a deeper understanding of the process of nanocristallization of amorphous alloys. The investigation of SANS on Fe73.5Si15.5B7Cu1Nb3 shows that the Fe3Si type nanocrystals created in the amorphous matrix during annealing are covered by Nb-atoms. The accumulation of Nb-atoms or Nb-B-aggregates acting as inhibitors at the surface of the nanocrystals is assumed to be the basic mechanism controlling the evolution of the precipitates. For the first time this inhibitor-model is shown to be correct without doubts. In the Zr32Ti7.5Al10Cu20Ni8 amorphous alloy the formation of ultrafine nanocystals of about 2-3 nm in diameter was observed. The nanocrystallization starts after ordered clusters achieved particular sizes and a certain packing fraction. This leads to a new model for the microscopic formation procedure of ultrafine nanocrystals in this amorphous alloy. Theoretical models of fractal systems are applied to complicated polydisperse materials. Both the theory for an exact surface fractal of Hermann (1994)and the model for coupled volume and surface fractals in the formulation of Wong (1992) are shown to be applicable. The latter approach is applied to experimental data here for the first time. With computer simulations conditions for scattering experiments were optained therewith predictions about the quality and grade of fractality in real specimens become possible. / Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur Strukturaufklärung mittels Neutronen-Kleinwinkel-Streuung (SANS). Es wird eine neu entwickelte analytische Streufunktion für polydisperse Ausscheidungen mit Diffusionszonen genutzt, um SANS Experimente auszuwerten. Sowohl für verdünnte, als auch für dicht gepackte Systeme werden auf diese Weise quantitative Strukturparameter gewonnen. Diese liefern einen Beitrag zum Verständnis des Nanokristallisationsverhaltens amorpher metallischer Gläser. Die Auswertung der Experimente an on Fe73.5Si15.5B7Cu1Nb3 zeigt, dass Fe3Si-artige Nanokristalle, die während der Temperaturbehandlung in der amorphen Matrix entstehen, von Nb-Atomen bedeckt werden. Diese Ansammlung von Nb-Atomen oder von entsprechenden Nb-B-Aggregaten auf der Oberfläche dieser Ausscheidungen hemmt das Größenwachstum der entstehenden Nanokristalle. Dieses Inhibitor-Modell wurde hier erstmals zweifelsfrei bestätigt. In Proben des amorphen metallischen Glases Zr32Ti7.5Al10Cu20Ni8 werden ultrafeine Ausscheidungen mit Durchmessern von 2-3 nm beobachtet. Diese entstehen verzögert nach der Ausprägung dicht gepackter Gebiete mit erhöhter Nahordnungsstruktur. Es wird ein Modell vorgeschlagen, das diesen Prozess erklären kann. Theoretisch diskutierte Modelle für fraktale Systeme werden auf komplizierte polydisperse Materialien angewendet. Sowohl die Formulierung von Hermann (1994) für ein exaktes Oberflächenfraktal, als auch der erstmals auf experimentelle Daten angewendete Ansatz von Wong (1992) für ein gekoppeltes Volumen- und Oberflächenfraktal erweisen sich als praktisch nutzbar. Mittels Computersimulationen wurden Bedingungen abgeleitet, die an Streuexperimente zu stellen sind, damit Aussagen über Qualität und Grad von Fraktalität in realen Proben getroffen werden können.

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.

Durch die laterale Modifizierung der magnetischen Eigenschaften von austauschgekoppelten NiFe/IrMn-Schichten wurden weichmagnetische Schichten geschaffen, die sowohl neue statische als auch dynamische hybride Eigenschaften zeigen. Als laterale Strukturierungsmethoden wurden hierbei die lokale Oxidation sowie Ionenimplantation verwendet. Mit Hilfe dieser Verfahren ist es gelungen spezifische magnetische Domänenkonfigurationen mit Streifenstrukturen nominell antiparalleler Magnetisierungsausrichtung in die Schichten einzuprägen. In Abhängigkeit der Strukturorientierung sowie Streifenperiode konnte direkt das Ummagnetisierungsverhalten sowie die magnetische Resonanzfrequenz und Dämpfung der Schichten modifiziert werden. Die neuen dynamischen Eigenschaften wie z.B. eine hybride Resonanzfrequenz werden hierbei im Rahmen der Kopplung über dynamische Ladungen und die direkte Beeinflussung des effektiven Feldes des künstlich eingebrachten Domänenzustandes diskutiert. Die vorgestellten Ergebnisse belegen somit das große Potential der lateralen Magneto-Strukturierung zur Einstellung spezifischer statischer wie auch dynamischer Eigenschaften magnetisch dünner Schichten.

Durch die laterale Modifizierung der magnetischen Eigenschaften von austauschgekoppelten NiFe/IrMn-Schichten wurden weichmagnetische Schichten geschaffen, die sowohl neue statische als auch dynamische hybride Eigenschaften zeigen. Als laterale Strukturierungsmethoden wurden hierbei die lokale Oxidation sowie Ionenimplantation verwendet. Mit Hilfe dieser Verfahren ist es gelungen spezifische magnetische Domänenkonfigurationen mit Streifenstrukturen nominell antiparalleler Magnetisierungsausrichtung in die Schichten einzuprägen. In Abhängigkeit der Strukturorientierung sowie Streifenperiode konnte direkt das Ummagnetisierungsverhalten sowie die magnetische Resonanzfrequenz und Dämpfung der Schichten modifiziert werden. Die neuen dynamischen Eigenschaften wie z.B. eine hybride Resonanzfrequenz werden hierbei im Rahmen der Kopplung über dynamische Ladungen und die direkte Beeinflussung des effektiven Feldes des künstlich eingebrachten Domänenzustandes diskutiert. Die vorgestellten Ergebnisse belegen somit das große Potential der lateralen Magneto-Strukturierung zur Einstellung spezifischer statischer wie auch dynamischer Eigenschaften magnetisch dünner Schichten.