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SANS-1

Kleinwinkelneutronenstreuung

SANS-1 SANS-1

Die neue Kleinwinkelanlage SANS-1 [1], ein Projekt der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG), wurde in der Neutronenleiterhalle West aufgebaut und in Betrieb genommen.

Zur Optimierung der SANS-1 für den Status „to be state of the art“ wurden viele Berechnungen und Instrumentvariationen vorab mit der Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt. Ergebnisse dieser Simulationen [2] sind ein vertikal S-förmiger Neutronenleiter mit starker Unterdrückung der schnellen Untergrundneutronen sowie einer Optimierung für ein vollständiges Wellenlängenpaket, ein Turm mit zwei wählbaren Selektoren, einer für mittlere Auflösung und hohe Intensität und ein anderer für hohe Auflösung (optional) wie auch zwei optimierte Fe/Si Transmissionspolarisatoren für einen Wellenlängenbereich von 4.5–30 Å und schließlich zwei Flächendetektoren. Ein TISANE Doppelchopper erlaubt zeitaufgelöste kinetische Messungen bis in den Mikrosekundenbereich.

Nach dem Passieren des Selektorturms schließt sich ein Kollimationssystem an mit vier parallelen horizontalen Bahnen. Eine Bahn ist besetzt mit dem Neutronenleiter, eine weitere mit Aperturblenden zur Verbesserung der Auflösung, eine Position mit einem Lasersystem zur Unterstützung der Justage und die letzte Bahn ist mit Untergrundblenden ausgestattet und kann auch für Linsen genutzt werden.

Die Detektorröhre mit einem Innendurchmesser von 2.4 m ist ausgestattet mit einem Flächendetektor von 1 × 1 m2, der eine laterale Bewegung von etwas mehr als 0.5 m besitzt. Der Detektor besteht aus 128 einzelnen ortsempfindlichen Detektoren, die eine 8 mm x 8 mm Pixel Auflösung ermöglichen. Ein zweiter Detektor mit einer Fläche von 0.5 × 0.5 m2 und einer höheren Auflösung von 3 mm wird für größere Entfernungen genutzt.

Eine komplette Charakterisierung der SANS-1 wurde unter [1] publiziert. Die Messungen bezüglich Strahlprofil, Divergenz und Fluss zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Monte-Carlo Simulationen [2,3]. Darüber hinaus wird auch die Polarisation des Neutronenstrahls im Detail vermessen. Durch die laterale Verfahrmöglichkeit des Detektors kann ein besonders großer dynamischer Q-Bereich mit großen Streuwinkeln erreicht werden. Die dadurch nötigen Korrekturen die über eine Standard cos3 Raumwinkelkorrektur hinausgehen werden im Detail beschrieben. Die Performance der SANS-1 wird durch ausgewählte Standardproben vermessen.

[1] Mühlbauer, S. et al., NIMA 832, 297-305 (2016).
[2] Gilles, R. et al., Physica B 385-386, 1174-1176 (2006).
[3] Gilles, R. et al., J. Appl. Cryst. 40, s428-s432 (2007).

Typische Anwendungen

Das Instrument SANS-1 soll dezidiert der Untersuchung von Strukturen in Materialien auf der Längenskala 10 bis 3000 Å dienen. Insbesondere wird die Kleinwinkelstreuung zur Bestimmung von Formen und Größen von dispergierten Partikeln in homogenen Medien genutzt. Dies beinhaltet die Streuung eines monochromatischen Strahls von Neutronen an der Probe sowie die Messung der gestreuten Neutronenintensität als Funktion des Streuwinkels.

Die Technik stellt wertvolle Informationen für ein weites Spektrum von wissenschaftlichen bis zu technologischen Anwendungen zur Verfügung:

  • Ausscheidungen in Legierungen
  • Chemische Agglomerationen
  • Defekte in Materialien, Grenzflächen, Kolloide
  • Ferromagnetische Korrelationen im Magnetismus
  • Legierungssegregationen
  • Polymere, Proteine, biologische Membranen, Viren, Ribosome und Makromoleküle
Probenumgebungen
  • Hochtemperaturofen
  • Zugmaschine mit Heizvorrichtung
  • Magnet (horizontal und vertikal)
  • Probenwechsler mit Thermostat
  • Kryostat
Laser System

Ein redundantes Laser-Justagessystem wurde zur Positionierung des Neutronenleiters, der Kollimationsblenden, der Untergrundblenden (BGA) und des Lasers selbst in die Neutronenstrahlposition installiert. Zusätzlich kann der Laser unterstützend dazu dienen, die korrekte Positionierung der Probe (einschließlich der Probenumgebung) oder des beam stops zu erhalten.

Technische Daten

Primärstrahl

  • Neutronenflussmaximum der Quelle: 8 × 1014 n cm-2s-1 (thermisch, ungestört), besonders breite Wellenlängenbandbreite
  • S-förmiger Neutronenleiter (NL 4a), Querschnitt 50 mm x 50 mm mit 58Ni und Superspiegel (m = 2.0), Cut-off bei λc = 3 Å
  • mechanischer Geschwindigkeitsselektor mit variabler Geschwindigkei ∆λ/λ = 10% und einem zweiten Geschwindigkeitsselektor mit höherer Auflösung ∆λ/λ = 6%, Wellenlängenbereich 3.5 Å – 30 Å

Polarisation

  • zwei V-förmige Fe / Si-Polarisatoren, die den Wellenlängenbereich von 4 – 12 Å abdecken. Eine Polarisationsanalyse mittels 3He ist in Planung.

Quelle-Proben-Abstand

  • 2 m bis 20 m in Stufen von 2 m mittels Einfügen von Neutronenleitern
  • kreisförmige Lochblenden-Kollimation mit vier Bahnen in der Kollimation (Neutronenleiter, Lochblenden, Laseranordnung und optische Komponenten wie Linsen oder elliptische Leiter sind geplant)

Proben-Detektor-Abstand

  • 1.1 m bis 21 m

Probengröße

  • bis zu 50 mm Durchmesser

Q-range

  • 0.0010 Å-1 < Q < 2 Å-1

Detectors

  • erster Detektor mit 128 3He ortsempfindlichen Proportionalzählrohren mit einer Gesamtfläche von 1000 × 1020 mm2 und einer Auflösung von 8 mm, laterale Detektorbewegung bis zu 0,5 m, Zählrate über 1 MHz
  • zweiter Detektor mit einer Gesamtfläche von 0,5 × 0,5 m2, 3 mm x 3 mm Hochauflösender Detektor wird hinter dem ersten Detektor installiert. Dies ermöglicht einen besseren Dynamikbereich und die notwendige Auflösung für eine VSANS Konfiguration mit einem Neutronen Chopper-System. Zusätzlich wird so der dynamische Bereich erweitert und es steht eine flexible Wellenlängenauflösung zur Verfügung.
  • eine TISANE Option ist im Aufbau, um zeitaufgelöste Messungen durchzuführen (Zeitauflösung in der Größenordnung von µs). Somit schließt TISANE nahezu die Lücke zu inelastischen Neutronen-Spin-Echo-Messungen.

Instrumentverantwortliche

Dr. André Heinemann
Telefon: +49 (0)89 289-14534
E-Mail:

Dr. Sebastian Mühlbauer
Telefon: +49 (0)89 289-10784
E-Mail:

SANS-1
Telefon: +49 (0)89 289-12818 /-14992

Betreiber

TUM
GEMS

Publikationen

Finden Sie alle aktuellen Publikationen zu SANS-1 in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:

impulse.mlz-garching.de

Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). SANS-1: Small angle neutron scattering. Journal of large-scale research facilities, 1, A10. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-32

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

SANS-1
SANS-1
© W. Schürmann, TUM
Kollimationskammer
Kollimationskammer

Blick in die Kollimationskammer des SANS-1 instruments

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