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MLZ

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TOFTOF

Flugzeitspektrometer für kalte Neutronen

Dieses Instrument ist auf kalte Neutronen fokussiert. Alle hier angegebenen Parameter beziehen sich auf die aktuelle Betriebsphase des FRM II. Bitte kontaktieren Sie für alle Detailfragen (Experimentdauer etc.) vorab das Instrumentteam!

Insrumentschema TOFTOF Insrumentschema TOFTOF

TOFTOF ist ein Multi-Chopper Flugzeitspektrometer in direkter Geometrie in der Neutronleiterhalle West. Es bietet ein ausgezeichnetes Signal-zu-Hintergrund-Verhältnis und eine variable Auflösung. Verwendbar mit einer breiten Palette von Probenumgebungen, bietet sich TOFTOF ideal für Untersuchungen von fundamentalen Konzepten und diversen Fragestellungen in der Physik und Materialwissenschaft an.

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 von 1,4 – ~5 Å ermöglichen eine Feinabstimmung der Energieauflösung zwischen 3 meV und ~100 μeV.

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 2,5 (wellenlängenabhängig) auf einer Probenfläche von 10 × 10 mm2 beobachtet.

Anwendungsgebiete
  • 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
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)
  • In-situ Raman-Spektrometer (in Kombination mit Neutronenspektroskopie)
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 – ~5 Å
  • Energieauflösung (elastisch): ~100 µeV – 3 meV
  • Energietransfer: – 30 meV – 50 meV
  • Winkelbereich der Detektorbank: -15° bis -7°und 7° bis 140°

Instrumentverantwortliche

Dr. Marcell Wolf
Telefon: +49 (0)89 289-14881
E-Mail: marcell.wolf@frm2.tum.de

Dr. Christopher Garvey
Telefon: +49 (0)89 289-12697
E-Mail: christopher.garvey@frm2.tum.de

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.

Erwarteter Neutronenfluss (simuliert)
Erwarteter Neutronenfluss (simuliert)

Abb. 3: Erwarteter Neutronenfluss des weißen Strahls an der Probenposition (simuliert).

© MLZ

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