Neutronenoptiken

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Von einer lokalen Flusserhöhung profitieren besonders Methoden der Neutronenstreuung, mit denen entweder kleine Proben untersucht werden, wie in Hochdruckzellen, die eine kleine Quelle brauchen, wie die Tomographie, oder die eine hohe Ortsauflösung erfordern, wie die Neutronenaktivierungsanalyse.

Die in den Neutronenleitern transportierten Neutronenstrahlen sind normalerweise quasi-parallel und haben einen großen Querschnitt von mehreren cm². Für die Fokussierung solcher Strahlen sind die auch in der Röntgenoptik eingesetzten fokussierenden Halblinsen am besten geeignet. Je nach den geometrischen Parametern können diese Halblinsen einen breiten Neutronenstrahl auf einen kleinen Brennfleck < 1 mm konzentrieren und damit einen Intensitätsgewinn von ein bis zwei Größenordnungen im Brennfleck erreichen.

Der große Vorteil der Kapillarlinsen liegt dabei in der kurzen Baulänge und der dadurch gegebenen Flexibilität bei ihrem Einsatz. So können verschiedene Fokusgrößen und Brennweiten durch Austausch verschiedener Linsen realisiert werden, während Alternativen wie fokussierende Neutronenleiter viele Meter lang und entsprechend unflexibel sind.

Bisher werden Kapillarlinsen vor allem bei Röntgenquellen eingesetzt. Bei Neutronen tritt wie bei Photonen an der Oberfläche eines Festkörpers der Effekt der Totalreflexion auf. Der kritische Winkel der Totalreflexion Θkr beträgt bei streifendem Einfall einige mrad und hat für Röntgen- und Neutronenstrahlen die gleiche Größenordnung. Er hängt von der Wellenlänge λ ab und hat für Neutronen und verschiedene Glasarten den Wert:

Θ_kr[mrad] ≈ λ[Å]

Diese Tatsache ermöglicht die Anwendung von Glaskapillaroptiken auch im Bereich der Neutronen. Im Gegensatz zu Röntgenoptiken ist es jedoch wichtig, dass das Glas Bor enthält, wodurch die Neutronen, die in das Glas eintreten, absorbiert und somit nur die fokussierten Neutronen transmittiert werden.