Streuexperiment: Einkristalldiffraktometer

Das Einkristalldiffraktometer ist ein konkretes Beispiel für ein Neutronenstreuexperiment. Wie der Name sagt, wird hier die Struktur von Einkristallen untersucht (Einkristalle bestehen aus vollständig geordneten Atomschichten, die das Material charakterisieren). Die Wellen eines einlaufenden Neutronenstrahls (Materiewelle, blau) werden an den Atomen des Kristallgitters (grün) gestreut. In dieser Darstellung wird das Neutron nicht als Teilchen sondern als Welle gebeugt und reflektiert (vgl. Thema Dualismus). Hier gibt es dann konstruktive (sich überlagernde) und destruktive (sich auslöschende) Interferenzen der Wellenzüge, bestimmt durch den Abstand der Ebenen des Kristallgitters. An der Position des unteren Detektors 1 überlagern sich die auslaufende rote und orange Welle so, dass sie sich gegenseitig auslöschen; der Detektor 1 wird daher keine Neutronen registrieren. An der Position des Detektors 2 addieren sich die Amplituden der roten und der orangen Welle und der Detektor 2 registriert an diesem Ort eine verstärkte Intensität gestreuter Neutronen.

Befinden sich Defekte in der Kristallstruktur, z. B. durch fehlende Atome (in der linken Bildhälfte) in der sonst regelmäßigen Anordnung im Kristallgitter oder bedingt durch Fremdatome besetzter Gitterplätze (in der rechten Bildhälfte, orange dargestellt), so treten neue Strukturen in dem sonst regelmäßigen Beugungsbild auf.

Zur Beschreibung der Streuung an der Probe bedient man sich des Wellenbildes, aber beim Nachweis im Detektor muss das Neutron wieder als Kernteilchen betrachtet werden, da es über eine Kernreaktion nachgewiesen wird, die es im Detektor auslöst. Dies ist kein Widerspruch, da in der Mikrowelt unsere klassischen Begriffe nicht gelten und Wellenbild und Teilchenbild nur zwei unterschiedliche Beschreibungsmöglichkeiten für das gleiche, sehr kleine Objekt sind. Dieses ist eine der wichtigsten Aussagen der Quantenmechanik.

Totalreflexion und Lichtleiter