Budapest Neutron Centrum MTA Energiatudományi Kutatóközpont - MTA Wigner FK Neutronos anyag- és szerkezetvizsgáló módszerek a Budapesti Neutron Centrumban Szentmiklósi László PhD, laboratóriumvezető MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Nukleáris Analitikai és Radiográfiai Laboratórium 1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós u

Az emberiség által használt és ismert anyagok

Elemi összetétel Anyagszerkezeti információk neutronokkal Mikroszkópikus és makroskálájú szerkezet (Prompt-gamma or instrumental) neutron activation analysis Non-destructive Panorama analysis Accurate, Precise High penetration depth 3D local analysis number of certain atoms in the analyzed volume Neutronos szakemberek és felhasználók Európában kb. 6000, Magyarországon kb. 100

Cold neutron instruments: REFL – Reflectometer TASC - TAS  Triple axis spectrometer on CNS SANS  Small-angle scattering spectrometer PGAA  Prompt gamma activation analysis NIPS  Neutron-induced prompt gamma-ray spectrometer NORMA – Neutron optics and radiography for material analysis IBMS – In-beam Mössbauer spectrometer (under construction) REFL IBMS SANS PGA NIPS NORMA NG-3 NG-2 NG-1 TOF – Time of flight spectrometer RAD – Neutron and X-ray radiography BIO – Port used for biological experiments MTEST – Material testing diffractometer TAS – Triple axis spectrometer PSD – Powder diffractometer TOF (neutron guide) TOF (measuring hall) RAD BIO MTEST TAS PSD Shielding tunnel (for 3 neutron guides) Shutters (3 pcs.) Reactor Hall TASC CNS Measuring Hall A BNC vízszintes neutron-nyaláb berendezései

Leképezési lehetőségek: Nagy fényérzékenységű TV-kamera Fotolumineszcens képlemez Röntgencsövek: keV; 5 mA Gamma sugárzás: ~ 8,5 Gy/h 16-bit 4 Mpx sCMOS kamera Új röntgencső: keV, max. 10 mA Radiográfia/Tomográfia nagyobb tárgyakon Kis látótér, nagy térbeli felbontás Távolság: 463 – 539 cm Fluxustartomány: 4.6 – 3.38 × 10 7 n.cm -2.s -1 L/D = 170 – 195 Nyalábátmérő: 195 – 230 mm  subCd /  epi = 52 RAD: NR/NT station RAD – Röntgen és neutron képalkotás mérési pozíciók Reaktor Biológiai védelem Neutron nyaláb Det Nyaláb stop

Maximális anyagvastagság plexi, Pb, Al, Fe neutron 200kV Rtg. 150 keV röntgen 1,25 MeV gamma neutron vizuálisan

Röntgen és neutron képalkotás kombinálása … … NEUTRON X-RAY water X-ray image neutron image X-ray image neutron image

Tomográfia: 3D képalkotás, szegmentálás 99 Termékellenőrzés, hibakeresés Reverse engineering Technológia-fejlesztés

Valós-idejű/dinamikus képalkotás Felületi feszültség, kontakt szög, nedvesítés Felszívódás- vizsgálat: pl. építőanyagok

Műszeres neutronaktivációs analízis Hosszú besugárzás (1 óra – 1 nap): reaktor 17 sz. forgó csatorna Rövid besugárzás (<4 perc): pneumatikus csőposta alkalmazás: nyomelem-analitika „egzotikus” vagy nem feloldható mátrixokban, Si-félvezetők

Prompt-gamma aktivációs analízis Roncsolásmentes panoráma-összetétel Átlag (PGAA) v. lokális összetétel (PGAI) Gyors átfutási idő (pár óra-nap) Mintaelőkészítés nélkül Nagy méretű és időben változó minták is vizsgálhatók

Co-17Re-23Cr szuperötvözetek Magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz (turbinák, repülőgép hajtóművek) a Ni-ötvözetek kiváltására (T>1600 °C) 1997 óta fejlesztik a Co-Re-Cr(-Ta) ötözeteket Cr javítja az oxidációs ellenállóképességet, B hozzáadása javítja a keménységet és a hajlíthatóságot, de csak ha a szemcsehatárokra épül be. Összetétel és eloszlás egyaránt fontos

Neutronos képalkotással kombinált elemösszetétel mérés (PGAI-NT) mm

Beam shutter Neutron guide Velocity slector Secondary shutter Monitor Entrance slitExit slit Collimator Sample changer 2D detector Sample Reactor/ hidegforrás Yellow Submarine SANS: Kisszögű szórás spektrométer

ODS acélok szemcsedurvulásának vizsgálata kisszögű neutronszórással Formula 1 Ferrari-motor élettartam-növelő vizsgálata Kisszögű neutronszórással a dugattyú különböző pontjain a nanoszerkezeti elváltozásokból (ötvöző elemek kiválása) a mikrorepedések kiidulási gócaira kaptunk információt. M. Rogante, V.T. Lebedev, F. Nicolae, E. Rétfalvi, L.Rosta, Physica. B 358, 224 (2005)

A kristályos anyagban az atomok szabályos rendben, a tér mindhárom irányában ismétlődő periodicitással helyezkednek el Az amorf anyagban hiányzik a kristályos anyagra jellemző hosszú távú rend: rövid távú rend azonban van Diffrakció - Kristályos vs. Amorf anyagok A diffrakció a leghatékonyabb és leggyakrabban alkalmazott módszer, hogy információt kapjunk az anyag atomi szerkezetéről. Diffrakciós mérőhelyek: PSD (porok), MTEST (szilárd, amorf), ToF-ND (szilárd)

Sugárkárosodás tanulmányozása és hasznosítása BAGIRA 2 BAGIRA 1 BAGIRA 3 BAGIRA: A neutronsugárzás hatása a statikus és dinamikus mechanikai tulajdonságokra BIO: A neutronsugárzás hatása a biológiai rendszerekre, elektronikai alkatrészekre, dozimetria A neutronsugárzás hatására létrejövő makroszkópikus változás: Szín Félvezető dópolás

This project receives funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No Introduction: Neutrons and Industry  Large-scale facility (LSF) can enhance the competitiveness of a knowledge based economy in collaboration with industry  There is an increasing demand from industry for advanced analytical research tools e.g. as provided by large scale research facilities  Still: A gap is described between the request by a company facing a R&D problem on one side and the way LSF offering a dedicated analysis technique (access mode, data analysis, intellectual property issues 19

This project receives funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No Free test measurements: The application process A central activity of SINE2020 Industry Consultancy is the offer for EU supported test measurements or feasibility studies. - Free of charge!  Companies can submit a short application via the project website.  The application will then be discussed by an evaluation panel on short notice.  Detailed knowledge about neutron techniques is not mandatory.  Problem oriented approach: Describe a problem where laboratory nased analytical techniques reach their limits – SINE2020 staff will try to solve it. 20

This project receives funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No Free test measurements: The application process Contact, application form and further Information: Coordination: Marc Thiry, Helmholtz-Zentrum Geesthacht: Contact for Hungary: László Rosta: This project receives funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Változatos anyagvizsgálati és szerkezetkutató eszközparkunkkal állunk a hazai és nemzetközi szakmai közösség rendelkezésére!