The main, high-brightness neutron source for ESS is based on the low-dimensional moderator concept, and will serve the initial suite of neutron scattering instruments. In the HighNESS project several design options have been identified and investigated for a second source for ESS, intended to be complementary to the primary one. The emphasis of this project, completed in September 2023, was on the design of high-intensity sources, delivering Cold, Very Cold (VCN), and Ultra-Cold Neutrons (UCN). Remarkable results include: a cold moderator based on liquid deuterium capable of delivering an intensity close to a factor 10 greater than the ESS upper moderator; a VCN moderator based on solid deuterium at 5 K, surrounded by nanodiamond layers, delivering brightness above 40 Å an order of magnitude higher than a conventional cold moderator placed in the same location; and several design options for UCN sources based on the use of superfluid helium and solid deuterium. The use of these new sources would have a major impact on fundamental physics experiments and neutron scattering techniques. We investigate the possible impact that these concepts can have for compact sources, with particular emphasis on VCN.

Abstract The Cryogenic Moderator System (CMS) is equipped with a catalyst to convert hydrogen from the ortho state to the para state in order to keep desirably high parahydrogen fractions of 99.5%. An in-situ measurement system for the ortho and para fractions of liquid hydrogen (OPMS) by means of a Raman spectroscopy with an accuracy of 0.1% is being developed to detect any undesirable shift towards a high orthohydrogen fraction caused by neutron scattering driven para-to-ortho back conversion. We have demonstrated that our developed sapphire window, through which the laser and backscattered photon travel, has endured the required pressure and thermal cycles in a liquid hydrogen environment. Meanwhile, a Raman optics system has been developed using normal hydrogen. Eventually, we have succeeded in detecting the parahydrogen peak at J = 4, which is our primary goal, because the peak ratio of parahydrogen at 1245 cm −1 to ortho hydrogen at 587 cm −1 corresponds to 0.5%. It can be expected that it would achieve our requirement for liquid hydrogen with higher density.