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Einleitung

Die Neutronenspektrometrie dient zur Struktur- und Verhaltensanalyse von Materialien und wird ähnlich wie die Röntgenspektroskopie verwendet, wenn Neutronenquellen zur Verfügung stehen
(z.B. Forschungsreaktoren). Das nebenstehende Bild zeigt das (nicht mehr existierende) Dreiachsen- Neutronenspektrometer. Im Hintergrund, durch Bleiblöcke abgeschirmt, befindet sich ein direkter Kanal zum Reaktorkern des ebenfalls nicht mehr existierenden 12 Megawatt Astra-Forschungsreaktors.

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Funktionsprinzip

Für den Meßvorgang werden thermische Neutronen (Energie < 1eV) aus dem Reaktor über einen Kollimator (Strahlrohr) auf einen drehbar angeordneten Monochromatorkristall (Tisch 1) geführt,
durch den eine Wellenlänge aus dem Neutronenstrahl ausgefiltert wird. Dieser monochromatische Neutronenstrahl wird an der Probe gestreut und der Streubereich mit einem Zählrohr (Tisch 2) abgetastet. Durch das Drehen des Monochromatorkristalls kann der Einfallswinkel des aus dem Kollimator kommenden Neutronenstrahls und somit die Wellenlänge nach der Braggschen Beziehung verändert werden. Dies ist möglich, weil die Wellenlänge thermischer Neutronen in der Größenordnung der Gitterkonstanten der verwendeten metallischen Einkristalle (Cu, Al, Pb, Zn) liegt.

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Mikroprozessorsteuerung

Aufgabenstellung

• Schalten der Motoren, Kupplungen und Magnete (Hubmagnet, Noniusmagnete) zum
  Positionieren der Meßtische. Die Tische müssen in Schritten von 0,1 Grad einstellbar sein.
• Erkennen der Ist-Position der Tische
• Vergleich mit einer vorgegebenen Soll-Position und Ableitung der resultierenden Positionierbefehle (Motor Vorwärts oder rückwärts)

Realisierung

Die technischen Details dieser Entwicklung aus dem Jahre 1978 sind mit heutigem Stand der Technik bedeutungslos. Interessant sind aber zwei Facetten:

• Die alte robuste elektromechanische Steuerung sollte ursprünglich durch eine TTL-Steuerelektronik mit Flipflops und Monoflops ersetzt werden, durch den hohen
  Elektrosmog der Drehstrommotoren und Schaltmagneten war die diskrete Schaltlogik
  trotzt hohem Entstöraufwand nicht zum Funktionieren zu bringen. Die anschließende Mikroprozessorlösung erwies sich als praktisch störungsunempfindlich.
  
• Der Aufwand zur Lösung der doch komplexen Aufgabenstellung war im
  Vergleich zu heutigem Resourcenbedarf für ähnliche Anwendungen minimal:
  • knapp 256 Byte Programmkode (nicht kByte!)
  • 6 Byte Datenspeicher pro Tisch

Die beiden Bilder zeigen einen Größenvergleich der alten, elektro-mechanischen, Steuerung zum neuen Mikroprozessorsystem.

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Neutronen

Neutronen weisen wie Licht- oder Röntgenquanten Welleneigenschaften auf und können daher gebeugt werden. Diese Beugungseigenschaften, deren Ursache die Wechselwirkung der Neutronen
mit dem Atomkern darstellt (Röntgenstrahlen werden an der Elektronenhülle gebeugt), erlauben Rückschlüsse auf die Struktur der untersuchten Probe.

Neutronen zählen neben Protonen und Elektronen zu den Grundbausteinen der Materie. Abgesehen vom Wasserstoffisotop ¹H kommen Neutronen in jedem Atomkern vor, und sie sind auch nur in Kernen stabil. Ein freies Neutron zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 15 min in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino (ein masseloses, aber durchaus energiereiches Antiteilchen). Das Neutron wurde 1932 von James Chadwick entdeckt.

Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik haben Neutronen eine Substruktur: sie bestehen aus einem UP-Quark und zwei DOWN-Quarks. Der Name Quark wurde von Murray Gell-Mann (Nobelpreis für Physik 1969) für diese hypothetischen Teilchen aus dem Roman Finnegans Wake von James Joice entlehnt: "Three quarks for Muster Mark".