Titelaufnahme

Titel
Strahlmanipulation mit Prismen im Perfektkristall-Neutroneninterferometer / Robert Farthofer
VerfasserFarthofer, Robert
Begutachter / BegutachterinSummhammer, Johann ; Zawisky, Michael
Erschienen2008
Umfang91 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Neutroneninterferometer / Strahlmanipulation / Kohärenzlänge / Prismen / Prisma / S18 / Prismenpräparation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-23060 Persistent Identifier (URN)
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Strahlmanipulation mit Prismen im Perfektkristall-Neutroneninterferometer [3.09 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Manipulation des Neutronenstrahls durch Prismen im Neutroneninterferometer. Die Prismen brechen nicht nur den Neutronenstrahl und lenken ihn aus seiner ursprünglichen Richtung ab, sondern verändern auch die Phase des Wellenpaketes. Hauptsächlich wurden Siliziumprismen verwendet, die im Rahmen dieser Arbeit selbst hergestellt wurden (Kap. 3.1). Außerdem fand noch eine Überprüfung der Tauglichkeit von Suprasilprismen statt.

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Untersuchung der vertikalen Kohärenzeigenschaften von Neutronenwellen. Die Kohärenzeigenschaften werden durch die Blendengeometrie bzw. den Neutronenleiter H25 (Super-Spiegel) bestimmt. Für die Messungen von Kohärenzeigenschaften eignet sich ein Neutroneninterferometer hervorragend. Es wurde die vertikale Kohärenzfunktion gemessen und daraus die vertikale Kohärenzlänge bestimmt (Kap. 3.8). Die Kohärenzlänge ist jene Wegstrecke, um die das Wellenpaket des einen Pfades gegen das Wellenpaket des anderen Pfades verschoben werden muss, sodass der Kontrast auf den 1/e-fachen Wert abfällt. Hierzu werden mit Hilfe von Doppelprismenanordnungen die Wellenpakete in beiden Pfaden des Interferometers räumlich versetzt. Die relative Verschiebung der beiden Wellenpakete erfolgt in vertikaler Richtung (Kap. 2.7). Durch die räumliche Verschiebung des Wellenpaketes sinkt der Kontrast.

Eine theoretische Behandlung zeigt, dass die Kohärenzfunktion durch die Autokorrelationsfunktion beschrieben werden kann (Kap. 2.5). Die Kohärenzfunktion ist die Fourier-Transformierte der Impulsverteilung.

Weiters wird gezeigt, dass die Kohärenzfunktion proportional zum Kontrast ist, weshalb der Abfall des Kontrasts die Kohärenzfunktion bestimmt. Als Modell für die Impulsverteilung wurde eine Gauß'sche Glockenkurve angenommen und durch Fourier-Transformation eine theoretische Kohärenzfunktion bestimmt, die eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Werten zeigt.

Außer der Untersuchung der Kohärenzeigenschaften, wurden Testmessungen zur Laue-Transmissions-Phase durchgeführt (Kap. 3.9). Hier wird die brechende Wirkung der Prismen ausgenützt, um den Einfallswinkel auf ein Plättchen Silizium-Perfektkristall zu variieren. Die Phase ist als das Argument der Transmissionsamplitude definiert.

Weiters wird der erste Test eines neuen großen monolithischen Perfektkristall-Neutronen-Interferometers beschrieben (Kap. 3.5), das speziell für Messungen mit großen Prismen entwickelt wurde. Die Herstellung des Interferometers (Orientierung der Netzebenen und Schleifvorgang) fand in Kooperation mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Deutschland, statt.

Die Experimente wurden am Instrument S18 des Institutes Laue Langevin (ILL) in Grenoble, Frankreich, durchgeführt. An diesem Instrument können routinemäßig neutroneninterferometrische Experimente und Ultrakleinwinkelstreuexperimente betrieben werden.

Zusammenfassung (Englisch)

The topic of this diploma thesis is the manipulation of a neutron beam with prisms in a neutron interferometer. The prisms both refrect the beam and affect the phase of the wave packet. Prisms made of silicon were fabricated by us and mainly used in the experiments.

Furthermore, prisms made of suprasil were tested.

The focus of this thesis is the investigation of coherence properties of neutron waves in the vertical direction. The coherence properties are determined by the neutron guide H25 (super mirror). The dynamical diffraction of the beam splitter does not affect the momentum distribution. The vertical coherence function was measured and the coherence length was determined (chap. 3.8). A neutron interferometer is a unique tool to measure coherence properties. The coherence length is defined as the spatial distance between the two wave packets in the interferometer that leads to a decline of 1/e. For this, we use a double prism arrangement to generate a spatial shift of the wave packets.

A theoretical treatment shows that the coherence function can be discribed with the auto correlation function (chap. 2.4, chap. 2.8). The coherence function is the Fourier transform of the momentum distribution. Furthermore, it is shown that the coherence function is proportional to the visibility. For this reason, the decay of the visibility determines the coherence function. In a simple model the momentum distribution is assumed to be a gaussian bell-shaped curve. Via Fourier transformation a theoretical coherence function was calculated.

Additionally, test measurements of the Laue transmission phase were carried out (chap. 3.9). For this we make use of the refraction of the neutron beam by prisms to vary the incident angle on a perfect crystal blade. The phase is defined as the argument of the transmission amplitude.

The first test of a new large monolithic perfect crystal neutron interferometer is also described in this thesis (chap. 3.5). The fabrication of this large interferometer was performed in cooperation with the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Germany.

The experiments were executed at the instrument S18 of the Institut Laue Langevin (ILL) in Grenoble, France. This instrument is dedicated to neutron interferometry as well as ultra small angle neutron scattering.