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Instrument- und Methodenentwicklung
Am FZJ hat ein Instrumententwicklungsprogramm, welches den wissenschaftlichen Erfordernissen der
kondensierten Materie-Forschung entspricht, eine lange Tradition. Der Schwerpunkt liegt im
Themenbereich 1 "Elektronische und magnetische Phänomene" und Themenbereich 3 "Weiche
Materie und Biophysik" des HGF-Programms "Kondensierte Materie". Entsprechend betont unsere
Methodenentwicklung einerseits polarisierte Neutronentechniken für Streuung unter streifendem
Einfall und für elastische und inelastische Weitwinkelstreuung und andererseits Kleinwinkelstreuung
und inelastische Streuung höchster Auflösung. Um einen verläßlichen Nutzerbetrieb zu gewährleisten,
treiben wir bewußte Risikovorsorge. Instrumentkomponenten werden regelmäßig ersetzt oder
erneuert. Entsprechend ihrer Zuverlässigkeit bzw. der Nutzernachfrage werden auch gesamte
Instrumente ersetzt, so etwa das Dreiachsspektrometer SV-4 durch das neue SV-30 Instrument.
Beispiele für kürzlich durchgeführte Erneuerungen im Rahmen der Risikovorsorge sind die Detektoren
der Kleinwinkelinstrumente oder die Ansteuerelektronik und -software der Kleinwinkelmaschinen und
des Spektrometers für diffuse Neutronenstreuung DNS.
Im Jahr 2004 haben wir innerhalb unseres Instrumententwicklungsprogramms folgende Ziele erreicht:
Vollständige Vektorpolarisationsanalyse:
Eine neuartige, extrem effiziente Methode für die vollständige Vektorpolarisationsanalyse in der
Neutronenstreuung wurde entwickelt. Zum ersten Mal ist es möglich, die volle Polarisationsmatrix für
alle zugänglichen Energie- und Impulsüberträge zu bestimmen. Die neue Methode ermöglicht
vollständige Vektorpolarisationsanalyse auch an einem Multidetektor- und Flugzeitinstrument und ist
deshalb von besonderem Interesse für Spallationsneutronenquellen. Die Methode erlaubt es,
komplexe magnetische Strukturen mit chiralen Komponenten zu lösen und ermöglicht die
experimentelle Trennung von Korrelationen zwischen kern- und magnetischen Freiheitsgraden in
Festkörpern.
Einheiten zur Drehung des Neutronenspins basierend auf dünnen magnetischen Folien:
Der Nachweis wurde erbracht, daß sich dünne magnetische Folien als Einheiten zur Drehung der
Neutronenpolarisation eignen. Diese Folien werden aus amorphen metallischen Gläsern hergestellt
und zeichnen sich durch ein hohes Sättigungsfeld und extrem kleine Koerzitivfeldstärken aus. Die
Folien können beliebig geformt werden und eröffnen so neue Möglichkeiten für eine Anwendung als
Spinflipper für Multidetektorinstrumente. Ziel ist die Entwicklung einer neuen Art von
Neutronenspinechotechnik, die in Kombination mit Flugzeitneutronenspektrometern genutzt werden
kann, um die Energieauflösung um etwa eine Größenordnung zu verbessern. (siehe Detailbericht).
Diese Anwendung ist besonders für gepulste Spallationsquellen von Interesse.
GEM Detektor:
Der Prototyp eines neuen Detektors wurde gemeinsam mit der Universität Heidelberg entwic kelt. Es
handelt sich um einen Hybridgasdetektor mit GEM-Folien, die eine Borbeschichtung als
Neutronenkonvertermaterial nutzen. Hohe Zählraten bis zu einigen MHz/cm^2 werden erreicht. Der
Prototyp hat eine aktive Fläche von 20 x 20 cm^2 und erlaubt eine zweidimensionale Ortsauflösung im
Bereich von etwa 3 x 3 mm^2. Der Detektor wurde ausgerüstet mit moderner ASIC and FPGA
basierter Ausleseelektronik, die die großen Zählraten bewältigen kann. Das komplette Detektorsystem
wurde am EKN-Instrument des FRJ-2 Reaktors getestet. Diese ersten Ergebnisse bestätigen die
Leistungsfähigkeit des Systems. (siehe Detailbericht).
Neues Dreiachsinstrument:
In den vergangenen Jahren wurde das in die Jahre gekommene Instrument SV-4 durch ein
thermisches Dreiachsinstrument SV-30 neuester Bauart ersetzt. Dieses Instrument wurde speziell
entwickelt für die Polarisationsanalyse mit Hilfe von Heliumfilterzellen. Die Polarisation des
Heliumgases wird mit zwei verschiedenen Techniken erreicht, die beide am FZJ entwickelt werden:
das optische Pumpen metastabil angeregter Atome MEOP und das optische Pumpen über den
Spinaustauschprozeß SEOP. Das Spektrometer ist ausgerüstet mit zwei großen
doppelfokussierenden Monochromatoren, wobei der eine aus 105 PG002 und der andere aus 105
Cu002 Kristallen besteht. Die Einfallsenergien erstrecken sich von 5 meV bis zu 117 meV. Der
Neutronenfluß an der Probe ist fast eine Größenordnung höher als der des alten Instruments. Das
Instrument ist in der Phase der Inbetriebnahme und erste Experimente zur Phononenspektroskopie
wurden durchgeführt. (siehe Detailbericht).
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