J-NSE “PHOENIX”

Dieses Instrument ist auf kalte Neutronen fokussiert. Bitte beachten Sie deshalb aktuell die „Technischen Daten OHNE kalte Quelle“ unten. Wichtige abweichende Parameter sind gefettet. Ihre Rückfragen werden gern vom Instrumentteam beantwortet.

Insrumentschema J-NSE

Die Neutronen-Spin-Echo-Technik verwendet den Neutronenspin als Indikator für die Geschwindigkeitsänderung, die ein individuelles Neutron während eines Streuprozesses in der Probe erfährt. Die Neutronen als individuelle Stoppuhren zu verwenden erlaubt es, ein breites Wellenlängenband (einfallende Wellenlängenverteilung) zu akzeptieren und trotzdem empfindlich auf relative Geschwindigkeitsänderungen bis zu 10^-5 zu sein. Die Geschwindigkeitsinformation tragen die Spins als Intensitätsmodulation proportional zum Cosinus der Differenz der Präzessionswinkel vor und nach der Streuung. Das gemessene Signal ist die intermediäre Streufunktion, d.h. die Cosinus-Fouriertransformierte S(Q, τ) der Streufunktion S(Q, ω) für kleine Geschwindigkeitsänderungen (bzw. Energiedifferenzen) und eine symmetrische Streufunktion. Alle Spinmanipulationen dienen nur dazu, diese Art der Geschwindigkeitsanalyse durchzuführen. [1]

Durch die intrinsische Eigenschaft des NSE-Instruments, die Fouriertransformierte der Streufunktion zu messen, ist die Technik besonders geeignet für relaxationsartige Bewegungen, die beim entsprechenden Impulsübertrag einige Prozent zur gesamten Streuintensität beitragen. Die Relaxationsfunktion wird so direkt ohne numerische Transformationen und aufwändige Auflösungskorrekturen gemessen. Die Auflösungskorrektur einer NSE-Messung ist eine einfache Division.

Für eine gegebene Wellenlänge ist der Fourier-Zeitbereich zu kurzen Zeiten (etwa 2 ps für das J-NSE) durch die Spindepolarisation durch verschwindende Führungsfelder limitiert, zu langen Zeiten durch das maximal erreichbare Feldintegral J. Die Fourierzeit ist proportional zu J × λ³. Die supraleitenden Hauptspulen des J-NSE können ein maximales Feldintegral von J = 1,5 Tm erzeugen, das momentan installierte Korrekturspulen-Setup zusammen mit den neuen Hauptspulen erlaubt Experimente mit τ = 100 ns bei λ = 8 Å, was J=1 Tm entspricht.

Im große Upgrade 2017 (J-NSE „PHOENIX“) wurde das Instrument mit supraleitenden Hauptspulen ausgerüstet, die das erreichbare Feldintegral im Vergleich zu den vorherigen normalleitenden Kupferspulen um den Faktor 3 erhöhen. Die Feldform der neuen Hauptspulen ist so optimiert, dass die geforderte Feldhomogenität für verschiedene Neutronenpfade durch das Spektrometer bestmöglich erreicht wird. Dadurch wird im Vergleich zum alten Setup der Bereich mit akzeptabler Feldhomogenität um den Faktor 2,5 erweitert.

[1] F. Mezei (ed.), Neutron Spin Echo, Lecture Notes in Physics, Vol 128, Springer Verlag, Heidelberg (1980).