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J. Schroffenegger:
"Neutronenstreulängenmessung mit Christiansenfilter im Neutroneninterferometer";
Betreuer/in(nen): H. Rauch, E. Jericha; Atominstitut, 2011; Abschlussprüfung: 08.06.2011.

Um die kohärenten Streulängen b_c der zu untersuchenden isotopenreinen Stoffe zu bestimmen, wird ein Christiansenfilter in einen der Teilstrahlen eines schiefsymmetrischen Neutroneninterferometers eingebracht. Das Christiansenfilter besteht im Wesentlichen aus einer Quarzglas-Küvette, die mit einer Mischung aus H₂O und D₂O sowie dem in fester Form vorliegenden Probenmaterial befüllt ist. Unterscheidet sich die Streulängendichte (Nb_c)_F der Flüssigkeitsmatrix von jener der Probe (Nb_c)_P, tritt für die sich im Filter befindenden Neutronen Kleinwinkelstreuung auf. Diese gestreuten Neutronen können bei der Zusammenführung der beiden Teilstrahlen des Interferometers nicht mehr zur Interferenz beitragen. Dies führt zu einer Verminderung des Kontrasts im Interferenzbild. Für einen Abgleich der Streulängen (Nb_c)_F = (Nb_c)_P tritt keine Streuung auf und der Kontrast wird maximal. Ist die Streulängendichte der Flüssigkeitsmatrix bekannt, lässt sich so jene des Probenmaterials und so auch die Streulänge selbst bestimmen. Die so ermittelten Streulängen sind:

²⁰⁶Pb: b_c = 9,227 ± 0,042 fm
²⁰⁷Pb: b_c = 9,442 ± 0,031 fm
¹⁰⁸Pd: b_c = 4,321 ± 0,071 fm

To determine the coherent scattering lengths b_c of the materials of interest, a Christiansen-filter is installed into a skew-symmetric neutron-interferometer. The Christiansen-filter is composed by a fused quartz glass cell, filled with a mixture of H₂O and D₂O and the sample material in solid state. Small angle scattering appears for the neutrons in the filter, in case the scatting lengths density of the liquid (Nb_c)_F differs from the one of the sample (Nb_c)_P. At the conjunction point of both semi-rays of the interferometer, the scattered neutrons cannot contribute to the interference. This leads to a reduction of the contrast in the picture of interference. With equal scattering lengths (Nb_c)_F = (Nb_c)_P no scattering will appear and the contrast is at its maximum. If the scattering length density of the liquid is known, the one of the sample can be determined and so can the scattering length itself.

The following scatter lengths were measured:

²⁰⁶Pb: b_c = 9,227 ± 0,042 fm
²⁰⁷Pb: b_c = 9,442 ± 0,031 fm
¹⁰⁸Pd: b_c = 4,321 ± 0,071 fm

Neutronenstreulänge, Christiansenfilter, Interferometer; neutron scattering length, Christiansen-filter, interferometer