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MLZ

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KWS-3

Kleinwinkelstreuanlage mit fokussierendem Spiegel

KWS-3 KWS-3

KWS-3 ist ein Diffraktometer für sehr kleine Streuwinkel (VSANS), das mit einem fokussierenden Spiegel arbeitet. In seiner Standardkonfiguration beträgt der Abstand zwischen Probe und Detektor 9.5 m. Das ermöglicht Neutronenstreuexperimente mit einer Auflösung des Wellenvektortransfers zwischen 4.0·10-5 und 2.5·10-3 Å-1. Dieser Bereich füllt die Lücke zwischen Bonse-Hart- und Kameras mit Lochblende aus. Ein zweiter Probenort mit einem Abstand von 1.3 m erweitert den Q-Bereich des Instruments auf 2 · 10−2 Å−1. Damit überlappen sich die Bereiche klassischer SANS-Instrumente mit Lochblende und KWS-3 um mehr als eine Dekade. Das Prinzip von KWS-3 beruht auf einer 1:1-Abbildung einer Eintrittsapertur auf einem 2D positionsempfindlichen Detektor durch Reflexion der Neutronen an einem doppelt fokussierenden Toroidspiegel.

Kleinwinkelstreuung wird für die Untersuchung von Strukturen eingesetzt, die gerade oberhalb der atomaren Längenskala angesiedelt sind, also zwischen 1 und etwa 100 nm, und die der Charakterisierung mit mikroskopischen Methoden nur schlecht zugänglich sind. KWS-3 ist ein wichtiges Instrument, das im Vergleich zu klassischen SANS-Instrumenten mit Lochblende bei besserem Neutronenfluss den Bereich zugänglicher Streuwinkel hin zu sehr kleinen Winkeln erweitert. Dadurch wird die zugängliche Längenskala, die analysiert werden kann, auf über 10 µm ausgedehnt. Das ist interessant für viele Proben wie Legierungen, verdünnte Lösungen und Membransysteme und Fragestellungen aus der Physik, Chemie, den Material- und Biowissenschaften.

Das Instrument deckt den Q-Bereich von optischen Kleinwinkelstreuinstrumenten ab. VSANS erlaubt die Untersuchung der Struktur auch an durch optische Mehrfachstreuung “trüb” erscheinenden Proben. Deshalb müssen die Proben auch nicht verdünnt werden. Die Methode der Konstrastvariation erlaubt es, Probenbestandteile gezielt zu untersuchen. In Abbildung 2 ist z.B. die VSANS-Messung einer wässrigen Lösung von Polystyrol-(PS)Teilchen mit einem Durchmesser von 760 nm gezeigt. Die runden Polymerteilchen wurden an beiden Probenorten vermessen, so dass der Standard Q-Bereich aufgenommen wurde.

Typische Anwendungen
  • Überbrückt als Instrument mit hohem Fluss den Bereich zwischen Bonse-Hart und klassischen SANS-Diffraktometern
  • Kolloidwissenschaften: Teilchenmischungen, mikrometergroße Teilchen, makroporöse Silizium Arrays, …
  • Materialwissenschaften: Gefüllte Polymere, Zement, mikroporöse Materialien, …
  • Polymerwissenschaften: eingeschlossene Systeme, Emulsionspolymerisation, …
  • Biowissenschaften: Aggregate von Biomolekülen, Proteinkomplexe, Kristallisation von Proteinen, …
  • Hierarchische Strukturen
  • Multilamellare Vesikel
Probenumgebung
  • Anton Paar Rheometer
  • Durchflusszelle
  • Probenhalter:
    • 4 horizontale x 2 vertikale (temperaturgesteuert) für Standard-Hellma-Zellen 404-QX
    • 9 horizontale x 2 vertikale (Raumtemperatur) für Standard Hellma Zellen 404-QX
  • Öl- und Wasserthermostate (typisch 10 – 100°C)
  • Elektrischer Thermostat (RT – 200 ° C)
  • 6-stelliger Thermostat (Peltier) Probenhalter (-40 – 150°C)
  • Magnet (2 T, vertikal)
  • Magnet (5 T, horizontal)
  • Kryostat mit Saphirfenster
  • Hochtemperatur-Ofen
  • Druckzellen (500 bar, 2000 bar, 5000 bar)
Technische Daten

Allgemein

  • Auflösung: δQ = 10-4 Å-1 (Erweiterung bis 4 · 10-5 Å-1 möglich)
  • Q-Bereich:
    • 1.0 · 10-4 – 3 · 10-3 Å-1 mit 9.5 m Abstand
    • 1.5 · 10-3 – 2 · 10-2 Å-1 mit 1.3 m Abstand
  • Neutronenfluss:
    • hochauflösender Betrieb: > 10000 n s-1
    • Betrieb mit hoher Intensität: > 60000 n s-1

Monochromator

  • MgLi Geschwindigkeitsselektor
  • Wellenlängenverteilung Δλ/λ = 0.2
  • Wellenlängenbereich λ = 10 – 30 Å (maximaler Fluss bei 12.8 Å)

Aperturgröße (Fokus)

1 × 1 mm2 – 5 × 5 mm2

Neutronenstrahlgröße bei 9.5 m

0 × 0 mm2 – 100 × 25 mm2

Neutronenstrahlgröße bei 1.3 m

0 × 0 mm2 – 15 × 10 mm2

Instrumentverantwortliche

Dr. Vitaliy Pipich
Telefon: +49 (0)89 289-10710
E-Mail:

Dr. Zhendong Fu
Telefon: +49 (0)89 289-10716
E-Mail:

KWS-3
Telefon: +49 (0)89 289-14873

Betreiber

JCNS

Publikationen

Finden Sie alle aktuellen Publikationen zu KWS-3 in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:

impulse.mlz-garching.de

Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). KWS-3: Very small angle scattering diffractometer with focusing mirror. Journal of large-scale research facilities, 1, A31. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-28

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

KWS-3
KWS-3
© W. Schürmann, TUM
Prinzip von KWS-3
Prinzip von KWS-3

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