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Eine der größten und bedeutendsten
Nutzergemeinden
Die deutsche Gemeinde der Wissenschaftler, die Neutronen
für ihre Forschung einsetzen, ist eine der größten
Neutronennutzergemeinden weltweit, wie auch die
Erhebung der ENSA im Jahre 1998 [8] belegt. Die in
Abb. 4.1 gezeigte Aufteilung nach Nationen spiegelt die
Verteilung wider, wie sie im ENSA-Bericht von 1998
angegeben wird. Die Werte dürften sich inzwischen
leicht geändert haben, ohne jedoch obige Kernaussage
zu berühren. Die Anzahl von Wissenschaftlern, die in
der KFN-Datenbank registriert sind – dies sind deutsche
Wissenschaftler im In- und Ausland und ausländische
Wissenschaftler, die in Deutschland arbeiten - hat
seit 1998 nochmals zugenommen und liegt inzwischen
bei über 960. Auch die Nutzergemeinden in USA und
Japan dürften angesichts der mit dem Bau der neuen
Quellen SNS bzw. JSNS einhergehenden Aufbruchstimmung
stark zugenommen haben, wozu uns allerdings
keine aktuellen Daten vorliegen.
GB
1200
F
600
E
150 NL
160 CH
300
I
130
D
800
HU
80
Abb. 4.1. Die anzahlmäßig größten Neutronennutzergemeinden
in Europa [8] (Stand 1998). Zum Vergleich: In
den USA gibt es gegenwärtig etwa 1000 Neutronennutzer.
Wissenschaftliche Qualität
Neben der überdurchschnittlichen Produktivität der
deutschen Nutzerschaft, gemessen an der Anzahl der
Publikationen, zeichnet sich Deutschland insbesondere
durch eine Schule der Qualität und Kreativität in der
Forschung mit Neutronen aus. Dies zeigt sich nicht
zuletzt an der hohen Zahl eingeladener Vorträge bei
großen internationalen Konferenzen. Einen sehr guten
Indikator für das wissenschaftliche Potential stellt die
Belebung von Teildisziplinen durch neue mikroskopische
Einblicke mit Hilfe der Neutronen dar. Beispiele
für maßgebliche deutsche Beiträge sind:
• Hochfeldmagnetismus, für den die Neutronenstreuung
die wesentlichen mikroskopischen Informationen
über Quantenphänomene, Struktur und Dynamik
liefert.
• Physik weicher Materie, etwa die mikroskopische
Untersuchung von Polymerkonformation und Polymerdynamik
mit Hilfe von Neutronenkleinwinkelstreuung
und Spinecho-Spektroskopie.
• Quantenzustände in Molekülkristallen, die erst mit
Hilfe von Neutronen-Tunnelspektroskopie erforscht
werden können.
• Spontane Kernspinordnung bei tiefsten Temperaturen.
Neutronen als „sanfte Sonde“ erlauben es, diese
Strukturen, die nur bei sub-mK Temperaturen existieren,
aufzuklären.
• Magnetische Ordnungsphänomene und Domänenstrukturen
in dünnen Schichten und Multilagen.
• Fehlordnung und Diffusionsprozesse, z. B. bei Wasserstoff
in Metallen.
• Frustrierte magnetische Materialien von Spingläsern
zu magnetischer „Ordnung durch Fehlordnung“, d. h.
fl uktuationsinduzierter magnetischer Ordnung.
• Aufklärung geodynamischer Prozesse mit Hilfe von
Neutronentexturuntersuchungen.
• Einsatz ultrakalter Neutronen in der Kern- und Teilchenphysik.
Die Bearbeitung vieler dieser wissenschaftlichen Gebiete
wurde ermöglicht durch die Entwicklung neuer Methoden,
wie der Rückstreuspektroskopie (Quantentunneln,
Diffusion), der Kleinwinkelstreuung (strukturelle
Aspekte weicher Materie), der Streuung in extremer
Probenumgebung (Hochfeldmagnetismus, Kernspinmagnetismus)
oder der diffusen Neutronenstreuung, auch
mit Polarisationsanalyse (strukturelle und magnetische
Fehlordnung). Deutschland hat eine lange Tradition von
wissenschaftsgetriebener Methodenentwicklung.
Wichtige Beiträge zur
Forschungsinfrastruktur
Entsprechend der Größe und der Bedeutung der nationalen
Nutzergemeinde spielt Deutschland eine herausragende
Rolle bei der Bereitstellung von Forschungsinfrastruktur
auf diesem Sektor. Zur Zeit werden in
Deutschland vier Forschungsreaktoren betrieben; darüber
hinaus ist Deutschland einer der drei Hauptpartner
des ILL. In Zukunft werden zwar mit dem FRJ-2 am
FZJ und voraussichtlich dem FRG-1 an der GKSS zwei
wichtige Quellen wegfallen, aber die Stärkung des neuen
Münchner Reaktors FRM-II durch die Repräsentanz
der Helmholtz-Zentren stellt eine gewisse Kompensation
für diesen Verlust dar. Deutschen Nutzern steht dann
einerseits mit dem ILL die derzeit weltbeste Neutronenquelle,
andererseits mit dem FRM-II die modernste
kontinuierliche Quelle zur Verfügung. Daneben bleibt
das HMI als zweites Nutzerzentrum mit einmaliger
Probenumgebung bestehen.
Bedeutung in der Methodenentwicklung
Deutschland ist international eines der führenden
Länder im Bereich Methodenentwicklung für die
Forschung mit Neutronen. Diese Tradition baut auf der
Philosophie des Altmeisters der Neutronenforschung,
Heinz Maier-Leibnitz, auf, nach der eine Steigerung der
Empfi ndlichkeit von Messapparaturen fast zwangsläufi g
grundlegend neue wissenschaftliche Erkenntnisse zur
Folge hat. Wichtige Komponenten und Instrumenttypen
wurden in Deutschland entwickelt, die inzwischen
weltweite Verbreitung gefunden haben und ohne die
der Erfolg der Forschung mit Neutronen nicht möglich
gewesen wäre. Bekannte Beispiele sind:
• Die Erfi ndung der Neutronenleiter, die eine effi ziente
Ausnutzung von Neutronenquellen durch den Bau von
Instrumenten in externen Leiterhallen erst ermöglichten.
• Die Entwicklung der Geschwindigkeitsselektoren, die
es erlauben, gezielt Strahlen mit breiten Wellenlängenbändern
zu erzeugen, wie sie etwa für die Kleinwinkelstreuung
unerlässlich sind. Ultrahohe Drehzahlen
bei Choppern für Flugzeitspektrometer konnten
erst durch die Magnetlagertechnik realisiert werden.
• Den Bau der ersten dedizierten Kleinwinkelanlage,
ein Instrumententyp, der heute am meisten nachgefragt
wird. Die jüngste Weiterentwicklung dieser
Technik, hin zu immer höheren Aufl ösungen, erfolgte
mit einer fokussierenden Kleinwinkelanlage ebenfalls
in Deutschland.
• Die Erfindung und Entwicklung der höchstaufl
ösenden Rückstreuspektroskopie, die erst die Untersuchung
von Quantentunneln in Molekülkristallen
oder von langsamen Diffusionsprozessen ermöglicht.
Die jüngste Entwicklung ist eine Phasenraumtransformation,
die bedeutende Intensitätssteigerungen
ermöglicht.
• Die Optimierung von Target und Moderator für MW-
Spallationsquellen. Die amerikanische und japanische
Quelle SNS bzw. JSNS werden nach dem Vorbild der
ESS Projektstudie - unter hoher Beteiligung deutscher
Wissenschaftler - gebaut.
• Effi zienzsteigerung von Spallationsquellen durch die
Nutzung von langen Pulsen mit Hilfe des „Wellenlängen-Multiplexing“.
• Einführung des multispektralen Extraktionssystems
bzw. untermoderierter kalter Quellen, um einen besonders
breitbandigen Neutronenstrahl zu erzeugen.
• Die Einführung von hyperpolarisiertem 3 He-Gas als
Polarisationsfi lter in der Neutronenstreuung.
Aufgrund der Kompetenz auf dem Gebiet des Instrumentenbaus
sind deutsche Gruppen weltweit gefragte
Partner beim Aufbau der Instrumentierung neuer
Quellen, z. B. NIST, SNS, ISIS, LLB, PSI, BNC, FLNP.
Umgekehrt sind die Instrumente an deutschen Quellen
aufgrund ihrer Qualität von Forschern aus der ganzen
Welt stark nachgefragt. Die EU Access Programme,
die Nutzern aus europäischen Ländern den Zugang zu
unserer nationalen Infrastruktur ermöglichen, sind an
allen drei HGF Reaktoren stark überbucht. Gerade die
in der Neutronenstreuung bedeutenden Nationen, wie
USA, Frankreich, Großbritannien, Spanien oder Italien
haben einen großen Anteil an der Nutzung (jeweils
zwischen 5 % und 10 %).
Netzwerke
Aufgrund wissenschaftlicher Qualität und methodischer
Kompetenz sind deutsche Gruppen gefragte Partner in
internationalen Forschungsverbünden und Netzwerken,
oft auch an führender Position. Beispielsweise spielt
im EU „Network of Excellence“ SOFTCOMP, das der
Erforschung von Kompositsystemen weicher Materie
gewidmet ist, die Neutronenstreuung als Methode eine
wichtige Rolle. Das Netzwerk wird von einer deutschen
Gruppe koordiniert. Ähnliches gilt im Bereich der
Methodenentwicklung. Unter dem Dach der EU-„Integrated
Infrastructure Initiative for Neutron and Muon
Science“ NMI3 ist nicht nur das ACCESS Programm
beheimatet, an dem alle deutschen Zentren beteiligt
sind. Vielmehr gibt es eine Reihe von methodenorientierten
Forschungsnetzwerken, an denen deutsche
Wissenschaftler großen Anteil haben und die teilweise
von deutschen Gruppen koordiniert werden, wie z. B.
bei der Detektorentwicklung oder den Methoden der
polarisierten Neutronenstreuung. Ein Beispiel für ein
weltweites Netzwerk ist ICANS (International Collaboration
for Advanced Neutron Sources), bei dem deutsche
Wissenschaftler Mitbegründer waren. Und nicht
zuletzt trägt das KFN als nationale Nutzervertretung
nicht nur wesentlich zur europäischen Nutzerorganisation
ENSA (European Neutron Scattering Association)
bei, sondern hat sie auch mitinitiiert.
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