Abteilung Elektrochemische Energiespeicherung
Neues Flugzeitspektrometer NEAT II erweitert Experimentiermöglichkeiten an der Neutronenquelle BER II
Forscher aus aller Welt können mit NEAT II den Aufbau und die Dynamik von Stoffen untersuchen – auch unter extremen Bedingungen.
Übersichtsgrafik als PDF: Flugzeitspektrometer NEAT II
Was sind Flugzeitexperimente?
Die Forschung mit Neutronen ermöglicht tiefe Einblicke in den Aufbau von Stoffen. Wissenschaftlern stehen an der Berliner Neutronenquelle BER II verschiedene experimentelle Möglichkeiten zur Verfügung, die ihnen genau die benötigten Informationen über ihre Probe liefern. Eine wichtige Methode sind so genannte Flugzeitexperimente mit Neutronen. Damit können Forscher nicht nur den Aufbau von Materialien untersuchen, sondern sie erhalten gleichzeitig Informationen über die Bewegungen der Atome in der Probe. Dafür brauchen die Forscher spezielle designte Instrumente. Der Aufbau des Instruments NEAT II ist ein wichtiges Zukunftsprojekt des HZB, mit dem teilweise weltweit einzigartige Untersuchungsmöglichkeiten an der Neutronenquelle BER II geschaffen werden – insbesondere in Verbindung mit hohen Magnetfeldern. Mit diesem Instrument werden Forscher aus aller Welt ganz neue Fragen auf den Gebieten Magnetismus, Materialwissenschaften und weiche Materie (biologische Materialien) untersuchen können.
Was wird neu am NEAT II sein?
Die Leistungsfähigkeit des neuen Flugzeitspektrometers NEAT wird das Vierzigfache des alten Instruments betragen. Der deutlich höhere Neutronenfluss kommt den Experimenten zu Gute. Je mehr Neutronen die Forscher zur Verfügung haben, desto bessere Informationen können sie über die Probe gewinnen. Durch neue Bauteile wie Neutronenleiter mit Superspiegelbeschichtung, aber auch durch das Upgrade des BER II gelangen erheblich mehr Neutronen zur Probe. Zudem wird der Detektorwinkel durch ortsauflösende Detektoren vergrößert. Sie ermöglichen Untersuchungen von Einkristallen und bieten optimale Möglichkeiten für extreme Probenumgebungen.Um bessere Bedingungen für Experimente mit hohen Magnetfeldern zu erzielen, besteht die Detektorkammer aus nicht-magnetischen Materialien. Das NEAT II wird Forschern erweiterte instrumentelle Möglichkeiten bieten, so zum Beispiel erstmalig in-situ-Untersuchungen von nanostrukturierten oder biologischen Materialien. Durch einen Anbau an die Neutronenleiterhalle wird für das modernisierte Instrument eine optimale Probenanbindung gewährleistet.
Wie funktioniert das NEAT II?
Die Neutronen gelangen von der Neutronenquelle BER II über Neutronenleiter zur Probe. Die Neutronen haben unterschiedliche Geschwindigkeiten (Wellenlängen), wenn sie durch die Neutronenleiter fliegen. Durch rotierende Scheiben, so genannten Choppern, gelingt es Forschern, die Geschwindigkeiten der Neutronen auszuwählen. Diese Scheiben haben eine Öffnung oder Einkerbung und können so in einem definierten Moment Neutronen passieren lassen, die restlichen Neutronen werden absorbiert. Der erste Chopper unterteilt den Strahl in verschiedene Pakete. Am zweiten Chopper werden die Neutronen, die innerhalb eines Paketes zu schnell oder zu langsam sind, abgeschnitten. Im weiteren Verlauf können die Neutronen in der gewünschten Geschwindigkeit durch die Chopper immer feiner herausfiltert werden. Treffen diese Neutronen dann auf eine Probe, so interagieren sie mit den Atomen in der Probe. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Neutronen verändert. Der Detektor misst, wie lange die Neutronen für den Weg von der Probe bis Detektor brauchen, der sie einfängt. Es wird also tatsächlich die Flugzeit der Neutronen bestimmt, die dieser Methode ihren Namen gibt. Auch die Richtung, mit der die Neutronen am Detektor ankommen, wird gemessen und enthält wichtige Informationen über die Probe.