Kleinwinkelstreuanlage SANS-2 - Helmholtz-Zentrum Geesthacht

Helmholtz-Zentrum Geesthacht , Monday, 01-Nov-2010 14:46:04 CET
http://www.hzg.de/central_departments/genf/instruments/003124/index_0003124.html.de
Kleinwinkelstreuanlage SANS-2
Die Anlage SANS-2 (Abb.1) dient vornehmlich der Untersuchung von
Ausscheidungen,
Clustern, Grenzschichten, Korngrößen, magnetischen Strukturen in Werkstoffen
(Metallen, Keramiken, Polymerenoder Kolloiden), wobei für die
Kleinwinkelstreuung kalte polarisierte und nicht polarisierte Neutronen genutzt
werden.
Ein besonderes Merkmal von SANS-2 ist, dass alle Komponenten, die die Probenumgebung
definieren, auf Luftkissen ruhen und leicht gegeneinander austauschbar sind. Der Probenortbereichist von
wenigen Milimetern bis zu 2,5 m Länge einstellbar.
SANS-2 ist daher das am flexibelsten einsetzbare Instrument für Kleinwinkelstreuung an
GeNF.
Abb.1 Schematische Übersicht der Kleinwinkelstreuuanlage SANS-2
Die folgenden Probenumgebungen stehen zur Verfügung:
1. Ein herkömmlicher Elektromagnet mit einem fernbedienbaren Probenwechsler. Die
Vakuumkammer ist direkt mit dem Kollimator und den Detektorröhren verbunden, so dass Proben
ohne jegliche Fenster vermessen werden können. Das Magnetfeld (bis 1.7 T) ist horizontal. Eine
Kühlung mit geschlossenem Kreislauf und einer Temperaturspannweite von 10 K to 300 K steht
auch zur Verfügung.
2. Ein herkömmlicher Elektromagnet mit einem vertikalen Feld (bis 1 T). Ein zusätzlicher
Flächendetektor kann um die Probe im Abstand von ungefähr 1m bewegt werden. So ist es
möglich eine gleichzeitige Messung von sowohl der Kleinwinkelstreuung also auch der diffusen
Großwinkelstreuung vorzunehmen (Abb.2). Das System enthält eine Kühlung (10 - 300K) und
einen fernbedienbaren Probenwechsler.
3. Ein supraleitender Magnet (bis 5 T) mit einer Kühlung mit geschlossenem Kreislauf (10 - 300K).
Die Richtung des magnetischen Feldes ist parallel zur Flugrichtung des einfallenden
Neutronenstrahls.
4. Eine Kammer für große Proben mit einem fernbedienbaren Probenwechsler. Dieser Aufbau kann
entweder im Vakuum (ohne Fenster) oder mit inertem Gas (z.B. He, etc.) betrieben werden.
5. Ein Ofen speziell für polymerische, biologische oder chemische Proben (z.B. Flüssigkeiten oder
Pulver), Temperaturspannweite von -30 bis 250 °C. Der Ofen kann entweder mit inertem Gas
(z.B. He etc.) oder im Vakuum betrieben werden.
6. Ein offener Probentisch, mit einem rotierenden Tisch, einem kippbaren Tisch oder einem Tisch
mit linearer Verschiebung. Dieser Probentisch kann Ausrüstungen von externen Benutzern, wie
Öfen, speziellen Probenhaltern oder anderen sperrigen und schweren Instrumenten tragen.

Abb. 2
Abb. 3a
Abb. 3b
Abb. 4a
Abb.4b
Erklärungen zu den Abbildungen
Abb.2: SANS-Streukurven eines Druckbehälterstahls 15NiCuMoNb5 (WB36) im vergüteten (asproduced)
Zustand und nach Betrieb (after service; 57000 h/350 °C). Die aus den Streukurven bestimmte
Größenverteilung zeigt, dass sich während des Betriebes Cu-reiche Ausscheidungen mit einem
Volumenbruchteil von 0,36% und einem mittleren Radius von ca. 2,3 nm gebildet haben (Mit freundlicher
Genehmigung der MPA Stuttgart).
Spinwellendynamik in Invar-Legierung
Abb.3a: theoretische Streukurve, angepasst an die gemessenen Daten
Abb.3b: gemessene Streukurve
Aus Streukurven abgeleitete Größenverteilungen von Nanopartikeln
Abb.4a: 5% SiO2 - Nanopartikel in cycloaliphatischen Epoxiden
Abb.4b: 40% SiO2 -Nanopartikel in Wasser
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