1994 sagte der amerikanisch Physikerin Erin Allin Cornell: „Heutzutage gibt es relativ wenige Experimente in der Atomphysik, bei denen kein Laser verwendet wird“. Fast 30 Jahre später hat seine Aussage immer noch Gültigkeit.
Wir sprachen mit Jason Christoforidis, einem mechanischen Konstrukteur bei der Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), darüber, wie einer von Lasermans Z-Laser Precision Alignment Cross-Lasern bei Experimenten mit Neutronenstrahlinstrumenten eingesetzt wird.
Die ANSTO ist eine australische Regierungsstelle, die über 1200 Mitarbeiter beschäftigt, die in Bereichen wie Gesundheit, Umwelt und Kernbrennstoffkreislauf an Lösungen für einige der größten Fragen der Wissenschaft arbeiten, um eine nachhaltigere Zukunft für alle Australier zu schaffen. Sie haben eine Reihe wichtiger Projekte in Angriff genommen, darunter die nukleare Bildgebung, um die Erkennung und Diagnose von Krankheiten voranzubringen, und sie haben Forschung über die Haupteigenschaften von nuklearem Abfall betrieben, um die Sicherheit der Abfallentsorgung und -lagerung zu verbessern.
Christoforidis arbeitet in der Abteilung Wartung und Technik (AME) bei ANSTO und verfügt über beträchtliche Konstruktionserfahrung mit Neutronenstrahlinstrumenten, insbesondere mit Kleinwinkel-Neutronenstreuungsinstrumenten (SANS).
Neutronenstrahlinstrumente verwenden Neutronen aus dem australischen Kernforschungsreaktor OPAL, um die Struktur, Dynamik und Eigenschaften einer Reihe von Werkstoffen zu untersuchen. Sie helfen den Wissenschaftlern zu verstehen, warum Werkstoffe die Eigenschaften haben, die sie haben, und helfen bei der Entwicklung neuer, maßgeschneiderter Werkstoffe. Wenn die Neutronen auf eine Probe treffen, bei der es sich um jede Art von Material handeln kann, von harten Materialien wie Supraleitern, Batteriekomponenten und Stahl bis hin zu weichen Materialien wie Fetten, Stärke, Polymeren und Proteinen, werden die Neutronen an den Atomen innerhalb der Probe gestreut, wodurch auf dem Neutronendetektor ein Muster entsteht. Die Analyse dieses Streumusters liefert einzigartige Informationen darüber, wie die Atome in der Probe angeordnet sind.
Eine große Errungenschaft für Christoforidis war sein bedeutender Beitrag zum mechanischen Design des Bilby-SANS-Instruments, das zu den drei SANS-Instrumenten der Suite gehört.
Eine der Herausforderungen der Neutronenstreuung besteht darin, die Proben auf den Neutronenstrahl auszurichten, um sicherzustellen, dass die beobachtete Streuung nur von der Probe und nicht vom Probenbehälter ausgeht. Wenn das Detektormuster Neutronen sowohl von der Probe als auch vom Probenbehälter gestreut hat, ist es sehr schwierig diese zu analysieren.
Er sagte: „In diesem speziellen Fall mussten wir die Position des Neutronenstrahls mit einem sichtbaren Laserkreuz replizieren, damit wir sicherstellen konnten, dass der Neutronenstrahl auf die Probe ausgerichtet ist.
„Wir hatten sehr enge Platzverhältnisse zur Verfügung und hatten keinen Zugang für die Einstellbarkeit. Wir konnten nur eine Präzisionsbohrung von 10 mm bearbeiten, auf die wir den Laser ausrichten wollten. Es gab keinen Platz für externe Justierschrauben oder andere Hilfswerkzeuge.
(Quokka Sans Instrument Image credit: ANSTO)
Für eine zuverlässige und wiederholbare schnelle Ausrichtung der Proben war ein Präzisionslaser mit geringer Abweichung von seinem Gehäuse erforderlich. Ein solch genauer Laser würde eine bessere Genauigkeit beim Ausrichten des Neutronenstrahls auf die Probe ermöglichen.
Auf der Suche nach einem Laserlieferanten, der seine Anforderungen erfüllen würde, erklärte Christoforidis: „Viele andere Lieferanten ignorierten entweder meine Anfragen oder gaben abrupte Antworten, die deutlich zeigten, dass sie nicht interessiert waren.
Durch eine einfache Google-Suche stieß er auf Z-Laser und ihren australischen Vertriebspartner Laserman, die bereit waren, auf ihre Bedürfnisse einzugehen.
Glücklicherweise hatte Z-Laser einen 0,2 mrad (Milliradian) Präzisionsausrichtungslaser im Regal, den sie bereit waren, zu einem vernünftigen Preis zu liefern. Einen solchen Laser zu finden, war die perfekte Lösung für die Herausforderung, da der niedrigere Sichtwinkel der Laserbohrung bedeutet, dass der Laser näher an die Mittellinie des Lasergehäuses gerichtet ist, was eine weitaus genauere Fokussierung des Neutronenstrahls und Ausrichtung der Probe ermöglicht.
Christoforidis sprach dann mit Stephen Ferguson, dem Eigentümer von Laserman, weiter über die optischen Fähigkeiten des Lasers und was durch den Einsatz des Kreuzlasers zur Präzisionsausrichtung erreicht werden konnte.
Über seine Erfahrungen bei der Bestellung über Laserman und Z-Laser sagte Christoforidis: „Sie waren die klare Ausnahme und lieferten professionelle und schnelle Antworten, die unseren Bedürfnissen entsprachen. Ich konnte sie nicht genug empfehlen“.
„Es war eine Unbekannte weniger, über die ich nachdenken musste“, sagte er weiter in Bezug darauf, wie der Precision Alignment Cross-Laser dieses Experiment mit dem SANS-Instrument unterstützte.
Wenn Sie daran interessiert sind, einen Kreuzlaser zur Präzisionsausrichtung für Ihre Forschungsprojekte zu erwerben, finden Sie ihn auf Lasermans Website unter
Author: Chloe Nolan
