Ultrakleinwinkel-Neutronenstreuung
Ultra Small Angle Neutron Scattering ( USANS ) misst die elastische Streuung von Streulängendichteschwankungen in der Größenordnung von Mikrometern im realen Raum, d.h. im Impulsübertragungsbereich von 2 x 10-5 - 2 x 10-3 Å-1. Die Techniken der Wahl zur Untersuchung der Struktur von Partikeln in Mikrometergröße sind Elektronenmikroskopie, Lichtstreuung und Rasterkraftmikroskopie. Es gibt jedoch eine Reihe von Fällen, in denen keine dieser Techniken anwendbar ist. Beispiele sind kontrastarme Materialien, opake Materialien (zur Lichtstreuung) oder magnetische Strukturen. In solchen Fällen sind Neutronen eine einzigartige Sonde, wenn eine Kontrastverstärkung erforderlich ist. Anwendungen finden sich in der Kolloidwissenschaft (Mischungen von Partikeln, stark korrelierte Kolloidkristalle, Partikel in Mikrometergröße, Silizium-Makroporen-Arrays), der Materialwissenschaft (gefüllte Polymere, Zemente, mikroporöse Medien) und der Polymerwissenschaft (eingeschränkte Systeme, Emulsionspolymerisation).
Zu diesem Zweck stehen an verschiedenen Forschungseinrichtungen verschiedene Doppelkristall-Diffraktometer-Instrumente (Bonse-Hart-Kamera) zur Verfügung. Wir betreiben das USANS-Instrument am 250-kW-TRIGA-MARK-II-Reaktor in Wien sowie die USANS-Option des S18-Instruments am Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich.
© Atominstitut, Photo: Harmut Abele
Die Bonse-Hart-Kamera ist ein Doppelkristall- (oder Dreiachsen-) Spektrometer mit zwei perfekt geschnittenen Siliziumkristallen als Monochromator und Analysator, die in paralleler Geometrie auf einer schwingungsisolierten optischen Bank montiert sind. Die Q-Abhängigkeit der gestreuten Intensität wird gemessen, indem der Analysatorkristall geschüttelt wird, wobei die Probe zwischen den Kristallen platziert wird. Das minimale Q ist durch die Breite der Rocking Curve gegeben. Der Nachteil der Bonse-Hart-Anordnung ist das große Verhältnis zwischen horizontaler und vertikaler Divergenz, typischerweise im Bereich von 100 bis 1000. Das Ableiten von absoluten Intensitäten mit Lochblenden-Entfernung erfordert ein sorgfältiges Entfaltungsverfahren, aber es gibt Lösungen, um die Daten in Routineexperimenten zu entfalten. Das Bild zeigt schematisch ein USANS-Instrument.
Einige Parameter des USANS - Instruments in Wien
1. Kristallparameter von Silizium
| Lattice constant | a = 1,246 Å |
bound coherent scattering length | bc = 4,149 fm |
Number density of Si | N = 4,99479 . 1028 m-3 |
2. Technische Daten des Doppelkristalldiffraktometers in Wien
Si - channel cut crystals
Reflexion plane | [ 3 3 1 ] |
Structur factor | F = 4 + 4i | F | = 321/2 |
Asymmetry factor | b = -1 |
Width of the Darwin curve | Δθ = 2.899 . 10-6 . rad = 0,596" |
Bragg angle | 2θ b = 90 ° |
Wavelength spread | Δl \ l = 2,5 . 10-3 |
Energy bandwidth | ΔE \ E = 5 . 10-3 |
Monochromator - Goniometer
Angular resolution of rotation | 18,05" |
of tilt | 18,05" |
Analysator - Goniometer
Angular resolution of rotation | 0,1513 µrad |
of tilt | 0,3471 mrad |
with a full width at half maximum | 3,3 µrad |
Other instrument parameters
Cross section of the neutron beam | 26 mm x 26 mm |
| Background | 0,05 Neutrons / s |
| Peakintensity | 9,5 cps / cm2 |
Integral Intensity | 285 cps / cm2 |