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MLZ

Lichtenbergstr.1
85748 Garching

TOFTOF

Flugzeitspektrometer für kalte Neutronen

TOFTOF TOFTOF

TOFTOF ist ein Multi-Chopper Flugzeitspektrometer in direkter Geometrie in der Neutronleitehalle West. Es bietet ein ausgezeichnetes Signal-zu-Hintergrund-Verhältnis, eine hohe Energieauflösung und einen hohen Neutronenfluss. Verwendbar mit einer breiten Palette von Probenumgebungen, eignet sich TOFTOF ideal für Untersuchungen von fundamentalen Konzepten und diversen Fragestellungen in der Physik und Materialwissenschaft.

TOFTOF eignet sich sowohl für die inelastische als auch für die quasi-elastische Neutronenstreuung und die adressierten wissenschaftlichen Fragestellungen reichen von der Dynamik in ungeordneten Materialien in Festkörpern und Weiche-Materie-Stoffsystemen (wie Polymerschmelzen, Gläser, molekulare Flüssigkeiten oder flüssige Metalllegierungen), Eigenschaften von neuen Wasserstoffspeichermaterialien bis zu niederenergetischen magnetischen Anregungen in multiferroitischen Verbindungen und molekularen Magneten.

Eine Kaskade von sieben schnell drehenden Chopper-Scheiben, die in vier Chopper-Gehäusen untergebracht sind, wird verwendet, um einen monochromatischen gepulsten Strahl zu erzeugen, der durch einen konvergierenden Superspiegelabschnitt auf die Probe fokussiert wird. Die gestreuten Neutronen werden von 1000 3He Detektorröhren mit einer Zeitauflösung bis zu 50 ns detektiert. Die Detektoren sind in einem Abstand von 4 m montiert und decken eine Fläche von 12 m2 (oder 0,75 sr) ab. Die hohe Drehzahl des Chopper-Systems (bis zu 22 000 U / min) zusammen mit einem hohen Neutronenfluss im Wellenlängenbereich von 1,4 -14 Å ermöglichen eine Feinabstimmung der Energieauflösung zwischen 3 meV und 2 μeV.

Der 60 m lange Primärneutronenleiter hat eine s-Form, die den schnellen Neutronenhintergrund effizient unterdrückt. Dies ermöglicht die Untersuchung von schwachen Signalen. Der Prototyp eines neuen fokussierenden Neutronenleiters wurde vor kurzem als alternative Option im letzten Abschnitt des Leitersystems installiert. Der bestehende linear verjüngte Neutronenleiter ergibt eine Strahlfläche von 23 × 47 mm2. Unter Verwendung des fokussierenden Leiters wird eine Intensitätsverstärkung bis zu einem Faktor 3 (wellenlängenabhängig) auf einer Probenfläche von 10 × 10 mm2 beobachtet.

Anwendungsgebiete

TOFTOF ist ein vielseitiges Instrument mit flexibler Energieauflösung, hohem Neutronenfluss (auch bei kurzen Wellenlängen) und einem exzellenten Signal-zu-Rausch Verhältnis. Es ist sowohl für inelastische als auch quasielastische Neutronenstreuung hervorragend geeignet und typische Anwendungen sind:

  • Diffusion in Metallschmelzen und Legierungen, molekularen Flüssigkeiten, Kolloiden oder ungeordneten Systemen
  • Wasserstoffdynamik in Weiche-Materie-Systemen wie molekularen Flüssigkeiten, Polymerschmelzen oder Kolloiden
  • Molekularer Magnetismus, Quantumkritsche Phänomene in Schweren Fermionensystemen, niedrig-energetische Anregungen in Multiferroischen Materialien und neuartige Magnetische Phasen (Kristallfeld, Phononen, Magnonen, Polaronen)
  • Dynamische Eigenschaften von Energiespeichermaterialien wie Festkörper-Wasserstoffspeichermaterialien, Elektrolyte für Batterien und Brennstoffzellen oder Gasspeichermaterialien
  • Energieaufgelöste, quasielastische Neutronenstreuung an Proteinen, Vesikeln und biologischen Materialien
  • Kinetische Untersuchungen der Wasserstoffbindung, z.B. in Beton
  • Alterungseffekte in ungeordneten Systemen und Dynamik in Gläsern bei niedrigen Frequenzen
  • Biologische Aktivität und Funktionalität von Proteinen und Zellen unter Druck
Probenumgebungen

FRM II Standard Probenumgebung:

  • CCR Kryostat (4 K – 600 K)
  • 3He Einsatz (bis > 0.5 K)
  • Thermostat (255 K – 450 K )
  • Hochtemperaturofen (300 K – 2100 K)
  • 2.5 T Magnet

Probenumgebung von Kollaborationspartnern:

  • Elektromagnetischer Levitationsofen
  • Elektrostatischer Levitationsofen
  • Hydraulische Druckzelle (bis 3.5 kbar)
  • Druckzelle (einige GPa)

Technische Daten

Primärstrahl

  • Neutronenleiter : NL2au
  • Anzahl der Chopperscheiben: 7
  • Chopper-Umdrehungsgeschwindigkeiten: 400 – 22000 min-1
  • Durchmesser der Chopper: 600 mm
  • Größe des eingehenden Neutronenleiters:
    • am Eingang: 44 × 100 mm2
    • 20 cm vor der Probe: 23 × 47 mm2
  • Querschnitt des fokussierenden Leiters: minimal 12 × 25 mm2

Parameter

  • Wellenlängenbereich: 1.4 – 16 Å
  • Energieauflösung (elastisch): 2 µeV – 3 meV
  • Energietransfer: - 30 meV – 50 meV
  • Integraler Neutronenfluss des weißen Strahls an der Probenposition: 1010 n cm-2 s-1
  • Winkelbereich der Detektorbank: -15° – -7° und 7° – 140°

Instrumentverantwortliche

Dr. Wiebke Lohstroh
Telefon: +49 (0)89 289-14735
E-Mail:

Dr. Zachary Evenson
Telefon: +49 (0)89 289-14975
E-Mail:

TOFTOF
Telefon: +49 (0)89 289-14881

Betreiber

TUM

Publikationen

Finden Sie alle aktuellen Publikationen zu TOFTOF in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:

impulse.mlz-garching.de

Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). TOFTOF: Cold neutron time-of-flight spectrometer. Journal of large-scale research facilities, 1, A15. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-40

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

TOFTOF
TOFTOF

Blick von oben auf den CCR-Kryostaten innerhalb des TOFTOF-Probenortes und die blaue Außenverkleidung der Detektoreinhausung. © W. Schürmann, TUM

Elastische Auflösung
Elastische Auflösung

Figur 1: Elastische Energieauflösung als Funktion der einfallenden Wellenlänge für verschiedenen Chopper Umdrehungsgeschwindigkeiten.

Dynamischer Bereich des TOFTOF-Spektrometers
Dynamischer Bereich des TOFTOF-Spektrometers

Figur 2: Dynamischer Bereich des TOFTOF Spektrometers für verschiedene einfallende Wellenlängen.

Neutronenfluss
Neutronenfluss

Figur 3: Neutronenfluss des weißen Strahls an der Probenposition (gemessen mit einen kalibrierten Strahlmonitor).

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