Forbedring af signal-til-baggrund-forholdet

Et godt signal-til-baggrundsforhold er afgørende for et vellykket resultat af et neutroneksperiment. Desværre, noget almindeligt anvendt prøvemiljøudstyr producerer uønskede signaler, der skjuler dem, der kommer fra prøverne, der undersøges.

Eddy Lelièvre-Berna, E. Bourgat-Lami, J. Gonthier, Y. Memphis. E. Suard og X. Tonon ved ILL, R. Nede ved ISIS, Victor Laliena fra ICMA i Spanien og Lambert van Eijck fra TU Delft i Holland, har set specifikt på tre af de mest brugte prøvemiljøer - prøvedåser, kryostater og kryoovne - for at se, om disse uønskede signaler kan sænkes.

Prøve dåser

Disse beholdere bruges til at studere pulverprøver ved meget lave temperaturer. Typisk, de er lavet af aluminium eller vanadium, og teamet har undersøgt nul-matrix materialer, som reducerer den sammenhængende spredningslængde til nul. De undersøgte materialer var titanlegeringen TiZr og en vanadiumlegering indeholdende ca. 6% nikkel. Da de blev testet på PEARL på TU Delft, de reducerede begge baggrunden sammenlignet med standardprøvedåsen. Nul-matrix vanadium, hvilket reducerede baggrunden med 33 %, bliver nu brugt af instrumenthold på ILL.

Kryostater

Halen på en standardkryostat, der bruges i flyvetidstilstand, er blevet redesignet omkring gadoliniumoxidfolien, der absorberer neutroner, der ikke er rettet mod detektoren. Det 3-lags kammer, som prøven og gadoliniumfolien afkøles i, er nu meget tyndt og lavet af en stærk aluminiumslegering. Disse komponenter reducerer antallet af neutroner, der ikke spredes i retning af detektoren og derfor ikke bidrager til baggrundsstøj. Med denne udvikling, Sammenligningsmålinger viste, at signal-til-baggrundsforholdet ved lave energier er forbedret op til en faktor 3.

Parallelt, varmeveksleren i kryostaten blev også modificeret for at fremskynde afkøling og opvarmning med en faktor på 3, hvilket vil spare tid under eksperimenter og reducere stråletidstab.

Kryoovne

Kryoovne er kryostater, der kan arbejde over stuetemperatur op til omkring 350°C. En ny hale til kryoovnene brugt på pulver- og væskediffraktometre, kendt for dårlige signal-til-baggrundsforhold, blev redesignet ved hjælp af et meget tyndere vanadiumrør loddet til to varmevekslere. Det tyndere rør er fanget mellem to varmevekslere for at fremskynde temperaturændringer og mindske de store temperaturgradienter ved prøvepositionen. Efter indledende problemer med lodningsprocessen, det nye udstyr kunne testes på D2B på ILL.

Den nye hale har reduceret baggrunden til det halve. Køle- og opvarmningstider er også blevet væsentligt forbedret. Nu er 3 kryoovne på ILL blevet opgraderet.