Fensterlose, gasförmige Tritium-Quelle (WGTS)

Die fensterlose gasförmige Tritiumquelle (WGTS)-Hier starten die Beta-Elektronen ihre Reise:
Die Messung der Neutrinomasse ist eine echte Präzisionsaufgabe. Damit sie gelingt, müssen die Bedingungen bei der Erzeugung der Beta-Elektronen exakt definiert und streng kontrolliert sein. In den nachfolgenden Spektrometern wird anschließend ihre kinetische Energie mit höchster Genauigkeit analysiert – denn aus ihrer Energieverteilung lassen sich entscheidende Rückschlüsse auf die Masse des Neutrinos ziehen.
Die fensterlose gasförmige Tritiumquelle (Windowless Gaseous Tritium Source, WGTS) stellt dafür einen hochstabilen Fluss von Beta-Elektronen von bis zu 10¹¹ Elektronen pro Sekunde bereit, und bildet damit den Ausgangspunkt des KATRIN-Experiments. Die WGTS ist Teil des Quellsystems, das aus dem supraleitenden Quellmagnet-Kryostatsystem, der 10 m langen Quelle, der Rear Wall (RW), dem Beta-Induced X-Ray Spectroscopy-System (BIXS) zur Überwachung der Quellstärke sowie dem Tritium-Inner-Loop-System besteht. Letzteres verarbeitet täglich typischerweise bis zu 40 g hochreines Tritium und gewährleistet einen geschlossenen, stabilen Tritiumkreislauf.
Die WGTS selbst besteht aus einem 10 m langen Rohr mit einem Durchmesser von 9 cm, in dessen Mitte kaltes, molekulares Tritiumgas eingespeist wird. An beiden Enden befinden sich Turbomolekularpumpen (TMP), die nicht zerfallene Tritiummoleküle aus dem System entfernen. Diese Moleküle werden aufbereitet und erneut in die Quelle zurückgeführt, sodass ein geschlossener Tritiumkreislauf entsteht. Nur so gelingt ein nachhaltiger Umgang mit dem seltenen Stoff Tritium.
Ein hochentwickeltes Kontroll- und Überwachungssystem sorgt dafür, dass die Menge an Tritium in der Quelle und seiner Reinheit auf sehr stabilem Niveau bleibt. Bereits geringe Schwankungen der Quelleigenschaften auf dem Promillelevel,  z.B. von der Temperatur, können systematische Unsicherheiten in der Neutrinomassenbestimmung verursachen. Abgesehen von den beim Tritiumzerfall entstehenden Elektronen darf kein weiteres Teilchen (wie zum Beispiel ebenfalls entstehende Ionen)  in Richtung der Spektrometer gelangen, da dies den Hintergrund erhöhen würde. Um die Elektronen effizient und verlustfrei aus der WGTS in den Spektrometertank zu leiten, ist die Quelle von einem Magnetfeld mit einer Stärke von 3,6 Tesla umgeben.

Die WGTS ist damit weit mehr als nur eine Teilchenquelle. Sie ist der Ausgangspunkt des gesamten Experiments und eine technische Meisterleistung, in der Kryotechnik, Vakuumtechnik, Magnetphysik und Teilchenphysik zusammenkommen. Hier beginnt die Reise der Elektronen – und mit ihr die Suche nach der Masse eines der geheimnisvollsten Teilchen des Universums.