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MLZ

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TOPAS (im Aufbau)

Thermisches Flugzeitspektrometer mit Polarisationsanalyse

TOPAS Schema TOPAS Schema

TOPAS wird das neue thermische Flugzeitspektrometer, ausgestattet mit Polarisationsanalyse. Es ist auf eine hohe Intensität bei guter Energieauflösung optimiert.

Ein 45 m langer elliptischer Neutronenleiter fokussiert die Neutronen auf die Probe in der Neutronenleiterhalle Ost. Neben dem möglichst verlustarmen Neutronentransport ist die Realisierung eines niedrigen Untergrundniveaus das zweite Designkriterium.
Dazu wird die direkte Sicht auf den Reaktorkern vermieden und der Neutronenleiter lediglich so weit auf der Seite des Reaktorkerns geöffnet, dass nur nutzbare Neutronen in die Leiterhalle transportiert werden.

Das Choppersystem besteht aus 2 Fermi-Choppern, die sehr kurze Neutronenpulse selbst für große Leiterquerschnitte definieren können. Diese Anforderung ergibt sich aus der elliptischen Form des Neutronenleiters. Zusätzlich ermöglichen Fermi-Chopper sehr hohe Wiederholraten bis zu 900 Hz. Da TOPAS mit thermischen Neutronen arbeitet, können diese Wiederholraten auch ausgeschöpft werden. Das Choppersystem wird durch einen zusätzlichen Scheiben-Chopper komplettiert, der Neutronen mit falscher Geschwindigkeit aus dem Spektrum herausfiltert.

Der Neutronenstrahl kann durch eine kontinuierlich betriebene 3He Spinfilterzelle polarisiert werden, wodurch die Polarisationseffizienz konstant bleibt.
Die Anzahl von Neutronenfenster ist minimiert, um den Untergrund durch parasitäre Streuung niedrig zu halten. Die probennahen Chopper, die Probenumgebung und der Flugweg befinden sich in einem gemeinsamen Vakuum, das Tiefsttemperaturanwendungen erlaubt. Eine neuartige Mechanik kommt zum Einsatz, um trotzdem schnell und flexibel die Probenumgebung zu wechseln. Probendrehungen von bis zu 360º ermöglichen Messungen der vollständigen Dispersionsrelationen in einkristallinen Materialien.

Der Detektor besteht aus 288 ortsempfindlichen 3He Zählrohren, die einen Raumwinkel von 3 Steradiant abdecken. Die Auflösung von 20 x 20 mm ist perfekt an die Divergenz angepasst, die durch den Neutronenleiter transportiert wird.

Anwendungen

Die inelastische Streuung thermischer Neutronen liefert Informationen über einen weiten Bereich der Anregungsenergien und –ausbreitung in kondensierter Materie. In der Flugzeitspektroskopie enthüllt die Messung der Flugzeit die Energie, während die Richtung, in die gestreut wird, mit der Ausbreitung verknüpft ist.
Durch Messungen an Einkristallen untersucht man gleichzeitig den Q,ω-Raum und bestimmt direkt die Dispersionsrelationen, da der Detektor einen großen Raumwinkelbereich abdeckt.
Aus diesem Grund eignet sich TOPAS für vielfältige Anwendungen vor allem bei der Untersuchung neuartiger Materialien:

  • Vollständige Bestimmung der Dispersionsrelationen in korrelierten Elektronensystemen mit einem Schwerpunkt auf magnetische Anregungen
  • Messungen der Phononzustandsdichte als Test der Molekulardynamik molekularer Festkörper
  • Einfluss der endlichen Größe und reduzierten Dimensionalität auf die Dynamik von Nanopartikeln.
  • Protonendynamik von Hydriden zur Anwendung in Energiematerialien

Für viele dieser Fragestellungen ergeben sich vollständig neue Möglichkeiten durch die Polarisationsanalyse, z. B. die eindeutige Identifizierung und Charakterisierung von magnetische Anregungen oder die Separation der Spin-inkohärenten Streuung in Materialien mit hohen Wasserstoffanteil.

Technische Daten

Primärstrahl

  • Strahlrohr SR5m
  • Chopper System 2 Fermi Chopper, 1 Scheiben-Chopper
  • Chopper Frequenzbereich 200 – 600 Hz
  • Neutronleiterquerschnitt reaktorseitig 15 × 50 mm2
  • Maximaler Neutronenleiterquerschnitt 81 × 121 mm2
  • Neutronleiterquerschnitt probenseitig 23 × 44 mm2

Experimentelle Parameter

  • Eingangswellenlänge 0.8 – 3 Å
  • Energieübertrag -120 – 50 meV
  • Elastische Energieauflösung 4 – 6 %
  • Horizontale Divergenz ±0.75º
  • Vertikale Divergenz ±0.75º
  • Raumwinkelabdeckung Detektoren -30º – 5º, 5º – 150º
  • Simulierter monochromatischer, gepulster Neutronenfluss 5 × 105 n/cm2s

Instrumentverantwortlicher

Dr. Jörg Voigt
Telefon: +49 2461 61-6020
E-Mail: j.voigt@fz-juelich.de

Betreiber

JCNS

Publikationen

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

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