In Ionenquellen des Typ Dresden EBIS/T erzeugte Ionen
Das unten stehende Periodensystem zeigt welche Ionen bisher in einer Dresden EBIT, Dresden EBIS, Dresden EBIS-A oder Dresden EBIS-SC erzeugt und nachgewiesen wurden.
EBIS/T Grundprinzip
Die Ionenerzeugung in einer EBIS/T erfolgt im wesentlichen über sukzessive Elektronenstoßionisation in einem hochdichten Elektronenstrahl, welcher magnetisch stark komprimiert wird.
Die erzeugten Ionen werden radial durch das Raumladungspotential des Elektronenstrahls eingeschlossen und axial zusätzlich durch eine elektrostatische Potentialbarriere. Die zeitliche Schaltung der Potentialbarriere definiert die Ionisationszeit und somit die Ladungszustandsverteilung in der Ionisationszone der Ionenquelle.
Der Ionisationsprozess
Die Ionisation innerhalb des Elektronenstrahls wird durch eine Reihe atomphysikalischer Basisprozesse bestimmt. Entscheidend dabei ist die Balance zwischen ladungserzeugenden und ladungsvernichtenden Prozessen. Die erreichbare Ionenladungsverteilung im Elektronenstrahl wird durch die folgenden Prozesse beeinflusst:
- Elektronenstoßionisation (Hauptprozess),
- Ladungsaustausch zwischen Ionen und neutralen Atomen,
- strahlende Rekombination,
- dielektronische Rekombination
- Ionenheizung durch den Elektronenstrahl,,
- Ion-Ion Energieaustausch,
- Ioneneinschluss in der Falle und
- Ionenverluste aus der Falle,
- Ionen/Atom-Zustrom in die Ionisationszone
Diese Prozesse werden durch verschiedene Parameter der Ionenquelle beeinflusst und können zum Teil auch gesteuert werden. Wichtige Parameter sind hier:
- Elektronenenergie
- Elektronenstrahlstrom
- Stärke des Magnetfeld für die Strahlkompression
- Ionisationszeit (Verweilzeit der Ionen in der Ionenfalle)
- Restgasdruck in der Fallenregion
- Arbeitsgasdruck in der Ionisationszone
Ionisationsfaktor
Ein wichtiger limitierender Faktor bei der Erzeugung von hochgeladenen Ionen ist der sogenannte Ionisationsfaktor, welcher das Produkt aus der Elektronenstromdichte je = neve (ne - Elektronendichte, ve - Elektronengeschwindigkeit) und der Ionisationszeit τ ist.
Der Ionisationsfaktor definiert den maximalen Ladungszustand, der in einer Ionenquelle erzeugt werden kann. Der Ionisationsfaktor ist wie folgt definiert:
Anzahl extrahierter Ionen
Eine obere Grenze für die Anzahl der Ionen die in einer EBIS/T erzeugt werden können, ist die elektrische Fallenkapazität:
etwas realistischer muss angenommen werden:
(α - Verhältnis der gewünschten Ionen in der Ladungszustandsverteilung, f - Kompensationsfaktor des Elektronenstrahls)