POWTEX (im Aufbau)

POWTEX Schema

Das Hochintensitäts-Flugzeit-Neutronen-Diffraktometer POWTEX wird entwickelt und gebaut von der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich. Unsere Kooperationspartner an der Universität Göttingen entwickeln die Texturanalyse und die dazugehörigen Probenumgebung, die speziell an POWTEX angepasst sind. Beide Projekte werden im Rahmen der Verbundforschung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Nach Inbetriebnahme wird POWTEX in die Instrumentsuite des JCNS eingegliedert.

Das Akronym POWTEX steht für „POWder and TEXtur“ (= Pulver und Texture). Es verdeutlicht die klare Ausrichtung des Instruments auf die Anforderungen der Festkörperchemie, der Geo- und Materialwissenschaften für den Bereich Pulver- und Texturdiffraktion.

Das innovative Instrumentkonzept bedingt auch die Entwicklung neuartiger Komponenten: Die beiden doppelt-elliptischen Neutronenleiter besitzen einen gemeinsamen Fokus von 1 × 1 cm² am Ort des Doppelscheiben-Pulschoppers. Durch dieses Nadelöhr in Raum und Zeit wird gleichermaßen die Zeitauflösung optimiert und der Untergrund der Quelle unterdrückt. Im Fokus des zweiten Neutronenleiters befindet sich der ebenfalls 1 × 1 cm² große Probenort. Das gesamte Neutronenleitersystem wurde mit Hilfe des Monte-Carlo Simulationspacket VITESS optimiert. Dazu wurden die Programmkomponenten durch uns erweitert, um folgende Entwicklungen simulieren zu können [1]: Der zweite Neutronenleiter besitzt eine oktogonalen Querschnitt wodurch ein Gaußähnlicher Intensitäts- und Divergenzprofil am Probenort erreicht wird. Der letzte Teil des zweiten Neutronenleiters lässt sich in drei Schritten durch einen Absorber ersetzen, so dass die volle Halbwertsbreite der Divergenz bei Bedarf in horizontaler und vertikaler Richtung halbiert werden kann.

Um die scharfen Neutronenpulse von 10 µs zu erzeugen sind die beiden Choppperscheiben mit einem Abstand von nur 0.5 cm verbaut. Die zwei sich gegenläufig drehenden und magnetgelagerten Scheiben rotieren hierbei mit 200 Hz. Die Wahl der Choppereinstellungen ist flexibel bezüglich des Wellenlängenbereichs des thermischen Spektrums und ebenso bezüglich der Wiederholrate, so dass durch Pulsüberlappmodi (wie beim Instrument POLDI, PSI) auch höhere Neutronenflüsse möglich sind.

Aufgrund der weltweiten Verknappung der Ressource ³He wurde frühzeitig mit der Entwicklung zweier Detektorprototypen begonnen (⁶LiF-WSF und ¹⁰B-Jalousie). Beide Entwicklungen wurden erfolgreich getestet, die Entscheidung fiel schließlich für das ¹⁰B-Jalousie-Konzept. Das Detektordesign ist auf eine große Raumwinkelabdeckung (10 sr) ausgelegt und bietet ausreichend Platz für größere Probenumgebungen, wie z.B. in-situ Experimente. Die große Raumwinkelabdeckung ist gleichermaßen bedeutsam für Texturmessungen, erübrigt sich dadurch doch die Verkippung der Probe. Zudem wird die Anzahl der notwenigen Probenrotationen reduziert und kann beim Betrieb ohne Probenumgebung sogar vollständig entfallen, was die Messzeit effizienter macht. Die gleichzeitige Messung von Spannungsdehnungseigenschaften und der Textur sowie zur Rekristallisierungsanalyse sind weitere Methoden. Im Bereich der Pulverdiffraktion ist der abgedeckte Raumwinkel direkt proportional zur Effizienz und führt auch bei solchen Messungen zu einer drastischen Messzeitreduktion.

Durch die direkte Auswertung der dreidimensionalen Diffraktogramme (2θ, λ, Intensität) ohne Datenreduktion wird das Potential von POWTEX vollständig ausgeschöpft, da man von der höherauflösenden Rückstreuung und von den intensitätsstärkeren Daten bei kleinen Winkeln profitiert.

[1] A. Houben, W. Schweika, Th. Brückel, R. Dronskowski et al., Nucl. Instr. and Meth. NIM-A, 2012, 680, 124–133 (.2012).