Quellen für Neutronenstrahlung: Forschungsreaktoren - SNI-Portal
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Andere europäische<br />
Zentren<br />
358<br />
Mittelfluss<br />
(FZJ, HMI, GKSS)<br />
919<br />
Außereuropäische Zentren<br />
57<br />
Abb. 6.2. Verteilung der Experimente an den<br />
verschiedenen Neutronenquellen.<br />
Hochfluss<br />
(ILL)<br />
554<br />
sind sie sehr wichtig <strong>für</strong> orientierende Messungen zur<br />
Optimierung der Messstrategie und Messungen mit<br />
aufwendigen Probenumgebungen, sowie in-situ Probenpräparation<br />
etc. In Europa wird ca. 60 % der Forschung<br />
mit Neutronen an Mittelflussquellen durchgeführt [6].<br />
Dort werden viele herausragende wissenschaftliche<br />
Ergebnisse erzielt.<br />
Mittelflussquellen<br />
Wissenschaftliche Arbeiten, wie Diplom- oder Doktorarbeiten,<br />
lassen sich nur durchführen, wenn eine<br />
gewisse kontinuierliche Versorgung an Messzeit gewährleistet<br />
wird. Die Spitzenquellen können aufgrund<br />
der hohen Anfrage diese Aufgabe nur sehr beschränkt<br />
erfüllen. Die Messzeiten an den Mittelflussquellen sind<br />
im Allgemeinen etwas länger und erlauben ein Nachmessen,<br />
ein sehr wichtiger Aspekt <strong>für</strong> die Nachwuchsausbildung.<br />
Sehr viele methodische Entwicklungen sind<br />
an den Mittelflussquellen gelaufen, bevor sie auf die<br />
Hochflussquellen übertragen wurden. Beispiele hier<strong>für</strong><br />
sind die Entwicklung der Kleinwinkelstreuung und<br />
der hochauflösenden Rückstreuspektroskopie in Jülich,<br />
der magnetischen Streuung bei extrem hohen Feldern<br />
am HMI oder von Geschwindigkeitsselektoren <strong>für</strong> die<br />
Kleinwinkelstreuung bei GKSS, die in der Folge dann<br />
vom ILL in Grenoble übernommen wurden.<br />
Während die Mittelflussquellen ursprünglich eher einen<br />
regionalen Einzugsbereich hatten, hat sich dieses Bild<br />
inzwischen drastisch gewandelt, insbesondere nachdem<br />
sehr wichtige ältere <strong>Quellen</strong>, wie der Reaktor in RISØ,<br />
in Studsvik und 2006 der Reaktor in Jülich, abgeschaltet<br />
wurden bzw. werden. Die Bedeutung der Forschung<br />
mit Neutronen wird inzwischen auch in den europäischen<br />
Ländern ohne eigene leistungsfähige Quelle<br />
erkannt, wie Portugal, Spanien, Italien, Polen, etc. Im<br />
Rahmen des EU Access Programms bewerben sich<br />
Nutzer aus diesen Ländern zunehmend um Messzeit<br />
an den Mittelflussquellen. Diese Internationalisierung<br />
führt zu einem Zufluss von neuen Ideen zu den deutschen<br />
<strong>Quellen</strong> und zum Aufbau von internationalen<br />
Kollaborationen, die von den jeweiligen Großgeräten<br />
ausgehen. Dieser Aspekt ist extrem wichtig <strong>für</strong> die<br />
Lebendigkeit der Erforschung kondensierter Materie in<br />
Deutschland.<br />
72 HMI<br />
73<br />
HMI<br />
Der Forschungsreaktor BER II des HMI, der 1973 in<br />
Betrieb gegangen war, wurde 1985 still gelegt und in<br />
den folgenden sechs Jahren vollständig erneuert. Seit<br />
1992 steht nun ein moderner Mittelflussreaktor (Neutronenflussdichte:<br />
1,2 ∙ 10 14 n cm -2 s -1 ) mit thermischen<br />
Strahlrohren, kalter Quelle und bis vor kurzem einer,<br />
jetzt zwei Neutronenleiterhallen der nationalen und<br />
internationalen Neutronenstreugemeinde zur Verfügung.<br />
Zur Instrumentierung am neuen Reaktor und zur<br />
Organisation des Nutzerbetriebes wurde das Berliner<br />
Neutronenstreuzentrum BENSC am HMI eingerichtet.<br />
BENSC verfügt über ein nahezu komplettes Spektrum<br />
an Neutronenstreuinstrumenten. 14 Geräte werden<br />
im regulären Gästebetrieb angeboten, wobei 70 % der<br />
Messzeit an externe Nutzer über ein international besetztes<br />
Auswahlgremium vergeben wird. Weitere sechs<br />
Geräte stehen externen Nutzern auf spezielle Anfrage<br />
zur Verfügung. Hinzu kommen Messplätze <strong>für</strong> die<br />
Neutronenaktivierungsanalyse und mehrere Bestrahlungsplätze.<br />
Eine Station <strong>für</strong> Neutronentomographie ist<br />
zurzeit im Aufbau. Mit dieser Ausstattung und seiner<br />
Spezialisierung auf Hochfeldprobenumgebung entwickelte<br />
sich BENSC zu einem international beachteten<br />
Neutronenstreuzentrum mit dominant hohem Anteil an<br />
ausländischen Messgästen.<br />
Methoden- und Geräteentwicklung<br />
Eine besondere Stärke von BENSC liegt in der Entwicklung<br />
und Bereitstellung von extremer Probenumgebung<br />
<strong>für</strong> höchste Magnetfelder (bis zu 17 T) und tiefste<br />
Temperaturen (routinemäßig bis herab zu 30 mK).<br />
Weitere Stärken liegen in der Entwicklung innovativer<br />
neutronenoptischer Systeme <strong>für</strong> Strahlextraktion,<br />
Strahlführung und Neutronenpolarisation sowie in<br />
der Entwicklung neuer Instrumentkonzepte <strong>für</strong> kontinuierliche<br />
und gepulste <strong>Quellen</strong>. Beispiele da<strong>für</strong> sind<br />
das neuartige Multispektral-Extraktionssystem <strong>für</strong> die<br />
zweite Neutronenleiterhalle, das gleichzeitig thermische<br />
und kalte Neutronen in einen Leiter einkoppelt, sowie<br />
die Weiterentwicklung der Spinecho-Methode (Weitwinkel-Spinechogerät<br />
SPAN) und der TOF-Technik<br />
<strong>für</strong> kontinuierliche <strong>Quellen</strong> („TOF-Monochromator“,<br />
Multiplexing-Choppersysteme). Insbesondere <strong>für</strong> die<br />
Instrumentoptimierung an gepulsten <strong>Quellen</strong> wurde die<br />
Simulationssoftware VITESSE entwickelt.<br />
Forschungsschwerpunkte<br />
Schwerpunkte der Forschung bei BENSC liegen auf<br />
dem Gebiet des Magnetismus und der Materialwissenschaften<br />
sowie in zunehmendem Maße auf dem Gebiet<br />
der weichen Materie, <strong>für</strong> das zur Zeit eine zusätzliche<br />
Abteilung eingerichtet wird. Durch komplementäre Nutzung<br />
der Synchrotronstrahlung an eigenen Beamlines<br />
bei der Berliner Synchrotronanlage BESSY werden diese<br />
Forschungsrichtungen weiter gestärkt. Zusätzlich beteiligt<br />
sich das HMI am FRM-II mit einem Instrument<br />
<strong>für</strong> industrienahe Eigenspannungs- und Texturanalyse<br />
(STRESSPEC). Nutzung der vorhandenen Anlagen<br />
durch die Industrie wird besonders unterstützt.<br />
Die Zukunft<br />
Für künftige Aufgaben als zweites nationales Zentrum<br />
neben dem FRM-II rüstete sich das HMI durch den<br />
Bau einer zweiten Leiterhalle. Damit kann die führende<br />
Stellung von BENSC auf dem Gebiet der Hochfeldexperimente<br />
weiter ausgebaut werden: Ein 25 T Kryomagnet<br />
in Kombination mit einem neuen Flugzeitdiffraktometer<br />
(EXED) ermöglicht Neutronenstreuung bei höchsten<br />
Magnetfeldern. EXED wird durch das neu entwickelte<br />
Multispektral-Extraktionssystem mit einem Neutronenstrahl<br />
hoher Intensität und besonders breitem Wellenlängenband<br />
versorgt. Es eröffnet bisher unerreichte<br />
Möglichkeiten in der hochauflösenden Neutronendiffraktion.<br />
Von der Strahlqualität eines ballistischen<br />
Leiters wird das weltweit einzigartige Weitwinkel-Spinechogerät<br />
(SPAN) profitieren. Die Instrumentierung in<br />
der neuen Halle wird komplettiert durch eine neuartige<br />
hochauflösende Kleinwinkelstreuanlage (VSANS).