Characterisation and test of the neutron small-angle facility at the TRIGA reactor of the Atominstitut

Abstract

In dieser Diplomarbeit wurde die Kleinwinkel-Streuanlage (KWS) am TRIGA Forschungsreaktor des Atominstituts der TU Wien charakterisiert und getestet. Ziel war es die wichtigen Kenngrößen, wie etwa Neutronenintensität und Untergrund, zu verbessern. Weiters wurde die Stabilität des Instruments während einer Messung, aber auch nach einer längeren Messpause überprüft. Zuvor wurde jedoch das Instrument auf den neusten Stand gebracht. Dabei wurden ein Neutronenmonitor, so wie ein Probenhalter in der Anlage installiert und kalibriert. Der Neutronenmonitor hat die Aufgabe eine mögliche Neutronenfluktuation festzustellen, wie es etwa bei einer Xenonvergiftung im Reaktor der Fall ist, und diese zu kompensieren. Während der Installation des Monitors und des Probenhalters ist eine leichte Verkippung des Instrumentes aufgefallen. Zur Erhöhung der Neutronenintensität wurden sowohl der Analysatorkristall als auch der Detektor bewegt und Messungen an verschiedenen Positionen verglichen. Der Detektor befindet sich dabei in einer Tonne, die vor weiterem Untergrund abschirmen soll. Für die Bewegung des Detektors musste der bereits vorhandene Kollimator auf der aus Paraffin bestehenden Tonne befestigt werden. Durch diese Modifikation bewegt sich der Kollimator mit der Tonne, und dementsprechend mit dem Detektor, mit. Während der Verschiebung des Analysatorkristalls wurde eine weitere Verkippung des Instrumentes beobachtet. Diese war jedoch sehr gering und ist für den eigentlichen Messvorgang nicht weiters von Bedeutung, da hier weder Detektor noch Analysator verstellt werden sollten. Zu einer zufälligen Verstellung des Kippwinkels, ohne einer Veränderung des Instrumentes, kommt es sehr selten. Falls doch, dann meist nach einer längeren Pause während die KWS Anlage nicht verwendet wurde. Dies kann mit einer Messung am ersten Tag jeder Woche kontrolliert und kompensiert werden. Während einer Messung eines Gitters mit einer bekannten Gitterkonstante wurde eine Unstimmigkeit zwischen dem gemessenen und dem tatsächlichen Rotationswinkels des Analysatorkristalls beobachtet. Diese zeigte sich bei der Bestimmung der Wellenlänge des Neutronenstrahles, welche sich stark von der von der theoretischen Wellenlänge, die durch die Bragg-Bedingung gegeben ist, abwich. Nach weiteren Untersuchungen wurde die Abweichung des gemessenen und des tatsächlichen Rotationswinkels auf ein Verhältnis von 0.904 0.003 geschätzt. Mit dieser neuen Erkenntnis sollten weitere Untersuchungen in naher Zukunft folgen.

In this master's thesis the ultra-small-angle scattering facility, KWS or USANS at the TRIGA reactor of the Atominstitut is characterised and tested. This has been motivated by the questions whether key parameters of the instrument, like peak intensity or background levels, could be improved and whether the instrument had stability issues. Before this was investigated the whole setup, including the PC, was updated. Furthermore a neutron monitor as well as a sample holder had to be installed, aligned and calibrated for the actual measurements. This is especially important since otherwise a possible sample would not have been centred in the neutron beam and therefore only partially measured. The monitor itself is crucial for normalising the measured data obtained under possible fluctuations of the neutron intensity. By installing the monitor as well as the sample holder, a significant tilting was indeed observed. Since an improvement of the intensity would also be advantageous, different analyser positions as well as detector positions were examined. For this purpose a collimator had to be mounted on the paraffin wax barrel which is shielding the detector. This way the collimator moves along with the detector. While changing the analyser crystal position, further tilting of the setup was observed. But compared to before the amount of tilting was significantly less. Moreover, this effect does not constitute a serious problem since during an actual measurement neither the position of the analyser nor of the detector should be changed. An actual tilting without changing anything on the setup is luckily very rare. Furthermore this seems to only happen if the instrument is not used for several weeks and even then the tilt angle only changed by a few hundred counts. This can be compensated if at the first day of each week a measurement at different tilt angles is conducted. Since the corresponding angular range is typically very small such a measurement can be done in less than an hour. During this master's thesis discrepancies of the measured analyser rotation angle and the physical angle were observed. This was first noticed as a lattice with a known lattice constant was employed to determine the neutron wavelength which resulted in a completely unrealistic wavelength value, however. By further investigating this problem, the factor, by which the angle measurement device disagreed with the expected rotation angles, was estimated to be 0.904 0.003. As a direct consequence of this result, further investigations of this should be done in the immediate future.