Modellunabhängige Datenanalyse von Ultrakleinwinkelstreuung mit polarisierten Neutronen

Abstract

USANSPOL ist eine eektive Möglichkeit zur zerstörungsfreien Probenanalyse mittels Neutronen mit einem Auflösungsvermögen von wenigen Zehntel bis zu einigen Mikrometern. Als Weiterentwicklung von USANS hat man bei dieser Messmethode nun auch die Möglichkeit die unterschiedliche magnetische Streuung von Spinzuständen von Neutronen an Kernen und an den magnetischen Momenten der Atome zu analysieren, indem man das magnetische Dipolmoment des Neutrons ausnützt. Der prinzipiell dreidimensionale Streuvektor des Neutrons Q wird bedingt durch den Messaufbau auf eine eindimensionale Neutronenintensitätskurve P(Q_y) abgebildet, welche jedoch noch mit der Gerätekurve R(Q_y) zur messbaren Kurve I(Q_y) gefaltet wird. Diese Faltung rückgängig zu machen um Zugriff auf die vom Messgerät unabhängige physikalische Neutronenverteilung zu bekommen, ist eine bekannte Schwierigkeit im Gebiet der Streutheorie. Im Bereich von USANSPOL führt dies zu den unterschiedlichsten Lösungsansätzen. Immer werden in diesen Ansätzen jedoch mehr oder weniger komplexe Modellfunktionen verwendet, welche an die Messdaten per Ausgleichsverfahren gelegt werden. Dadurch können jedoch Effekte übersehen werden, welche nicht in der Erstellung der Modellfunktionen bedacht wurden. Diese Arbeit soll als proof of principle verstanden werden. Sie soll Methoden zur modellunabhängigen Datenanalyse zeigen, da dieser Lösungsansatz einerseits noch nie systematisch untersucht wurde, andererseits aber weitreichende Vorteile zu haben scheint. Diese Arbeit hat gezeigt, dass die modellunabhängige Datenanalyse für USANSPOL-Experimente möglich ist und gewisse Vorteile bietet. Weiters werden erste qualitative Vorhersagen von Messungen über Probeneigenschaften geliefert. Durch die parallele, gleichzeitige Entwicklung eines komplett alternativen modellunabhängigen Lösungsansatzes in [1] wurde außerdem die Vertrauenswürdigkeit der Methodik gesteigert.<br />

USANSPOL is a neutron scattering technique for polarised neutrons for non-destructive examination of magnetic materials wich allows to access scattering structures of of few thenths up to a few tens of a micrometre. As an andvanced development of USANS it is now possible to detect the different magnetic scattering of spin-up - and spin-down-neutrons on magnetic moments of electrons and nuclei. USANSPOL is done by exploiting the mangetic moment of the neutron. Due to the measurement setup, the three-dimensional scattering vector Q of the neutron is projected on a one-dimensional neutron intensity distribution P(Q_y) which unfortunately cannot be measured directly since it is convolved with the instrument curve R(Q_y). Hence, this convolution has to be reversed by deconvoluting the measurable neutron distribution I(Q_y) with R(Q_y) to get access to the instrument-independet function P(Q_y) which is the item of interest. This deconvolution is a well-known challenge in the scientific domain of scattering theory. For the case of USANSPOL a lot of approaches to this problem exist. Nevertheless, all of these approaches have more or less complicated model functions in common which will be fifitted to the measured data points. A disadvantage of all these model-depending approaches is the chance of missing effects which were not considered while creating these functions. This thesis should be recognised as a proof of principle for a model-independent data analysis for USANSPOL because it has never been done before systematically. The thesis shows that model-independent data analysis for USANSPOL is possible and has some neat advantages. Furthermore, some preliminary predictions for sample characteristics are made. The simultaneous development of a completely different model-independent way of analysing data ([1]) has increased the credibility of this work.