Konzentration auf thermische Neutronen

Bei der Neutronenstreuung handelt es sich um ein leistungsstarkes Instrument für die Untersuchung von verdichteten Stoffen, das einen bedeutenden Beitrag zu den Fortschritten in den Bereichen Physik und Chemie geleistet hat. Da die Anwendungen zunehmend auch in anderen Bereichen wie beispielsweise der Pharmazie, Biologie, Geologie und dem Ingenieurwesen eingesetzt werden, besteht ein Bedürfnis nach Verbesserungen bei der Neutroneninstrumentierung.

Stark durchdringende Neutronen können die nichtdestruktive Untersuchung des Inneren von Materialien erleichtern. Das gilt auch für komplexe, weiche biologische Strukturen. Neutronen ermöglichen außerdem die Untersuchung von leichten Atomen wie beispielsweise Wasserstoff in Gegenwart von schwereren Atomen. Überdies eignen sich Neutronen aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften für die Untersuchung von mikroskopischen magnetischen Strukturen.

Im Rahmen des TECHNI-Projekts zielte man auf die Unterstützung der Neutronenforschung an europäischen Einrichtungen, indem man effektivere Technologien für die Neutronenerkennung, -optik und -kollimierung entwickelte. Damit soll nicht nur die wissenschaftliche Qualität verbessert werden, die durch die Neutronenstreuungsinstrumentierung angeboten wird, sondern auch der derzeit verfügbare Volumenzugang.

Innerhalb des Projekts wurde eine innovative Fokussiervorrichtung für die Abbildung thermischer Neutronen konstruiert und erfolgreich getestet. Die Neutronen-Silizium-Linse (NSL) wurde auf Grundlage der Verwendung von gestapelten Superspiegeln entwickelt, die von Silizium-Wafern unterstützt werden. Somit besteht NSL aus verschiedenen Schichten von Wafern aus einkristalligem Silizium, die mit einen Neutronen-Superspiegel überzogen sind.

Die Schichten sind unterschiedlich dick und sind in einer optimalen Anordnung gestapelt, damit alle mit der Linse verbundenen Neutronen in einem geeigneten Winkeldivergenzbereich konvergieren können. Jedes Neutron wird nur einmal reflektiert, wodurch die Erzeugung von hochwertigen Abbildungen gewährleistet wird. Wenn man zwei NSL in geeigneter Weise miteinander kombiniert, können überdies auch Punktquellen abgebildet werden.

Die Konstruktion des NSL-Geräts wurde patentiert. Das Gerät erwies sich als geeignet für die Flugzeitinstrumentierung, bei der sich Neutronen mit unterschiedlichen Energien mit verschiedenen Geschwindigkeiten fortbewegen. Durch die Messung der Flugzeit von Neutronen kann man die Neutronengeschwindigkeit und damit die Energie und Wellenlänge abschätzen. Die Analyse dieser Eigenschaften liefert wertvolle Informationen für den Erwerb der mikroskopischen Informationen zur Substanz mit Hinblick auf die atomare Struktur, atomare Schwingung sowie die Konfiguration des Magnetspin.