Dresden EBIT/EBIS Ionenquellen
EBIS Ionenquellen sind die leistungsstärksten Quellen für die Erzeugung von hochgeladenen Ionen bis hin zu vollständig ionisierten Ionen, d.h. nackten Atomkernen. Die grundlegende Idee einer EBIS ist die Erzeugung eines hochdichten Elektronenstrahls durch magnetische Kompression. Das Magnetfeld kann hierbei entweder durch supraleitende Magnetspulen oder durch Permanentmagnete erzeugt werden. Neutrale Atome die in den Elektronenstrahl gelangen, werden durch sukzessive Elektronenstoßionisation in hohe Ladungszustände ionisiert. Die Ionen werden durch das schnelle Schalten des elektrostatischen Potentials an der extraktionsseitigen Driftröhre extrahiert und verlassen dann die Ionenfalle. Die Form des extrahierten Ionenpulses als auch die zeitliche Charakteristik hängen von den Parametern des Extraktionspotentials ab. EBIS Ionenquellen werden üblicherweise im Ultrahochvakuum betrieben (p ~ 1e-10 mbar). Durch die entsprechende Elektronenenergie ist es möglich, nahezu alle Ladungszustände zu erreichen.
Ionenquellen des EBIS Typs eignen sich als Injektorionenquelle für viele verschiedene Beschleunigerstrukturen.
Seit 1999 wurden drei Generationen von Raumtemperatur EBIS/EBIT Ionenquellen für die Produktion von hochgeladenen Ionen von der DREEBIT GmbH entwickelt. Bei diesen Quellen handelt es sich um die Dresden EBIT, die Dresden EBIS und die Dresden EBIS-A die sich im erreichbaren Ionenstrom für einzelne Ionenladungen unterscheiden.
Höchste Ionenströme können aus einer supraleitenden Quelle, der Dresden EBIS-SC extrahiert werden.
Extraktionsmodi
Als Extraktionsmodi für die erzeugten Ionen stehen zwei Varianten zur Auswahl:
- gepulste Extraktion ("pulsed mode") und
- kontinuierliche Extraktion ("leaky mode").
Dresden EBIS/EBIT eignen sich hervorragend zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung (Photonen) von hochgeladenen Ionen, beispielsweise von
- Röntgenstrahlung
- UV/EUV
- sichtbarem Licht.
Raumtemperatur-Ionenquellen
Das auf Permanentmagneten basierende Ionenquellendesign ist weltweit einmalig und erlaubt sehr kompakte Systeme. Daher sind diese Quellen portabel und sehr einfach in der Handhabung. Sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten sind vergleichsweise gering.
Die EBIS/T kann sowohl mit Arbeitsgasen betrieben werde, etwa durch ein Ganzmetallfeindosierventil, aber auch mit Metallen beladen werden, beispielsweise mit einer externen Flüssigmetallionenquelle oder auch mittels leicht flüchtiger Substanzen (MIVOC vom engl. Metal Ions from VOlatile Compounds).
Vorteile von Dresden EBIT/T Ionenquellen
- Erzeugung von nackten Atomkernen bis Z=28
- Erzeugung von heliumartigen Ionen bis etwa Molybdän
- Neonartige Ionen für schwere Elemente
- Strahlemittanzen im Bereich einiger mm mrad
- Gepulste und kontinuierliche Ionenextraktion
- Standard UHV Technik ermöglicht einen Druck in der Fallenregion von 1e-10 mbar
- Kompaktes Quellendesign
Eine supraleitende Ionenquelle – die Dresden EBIS-SC
Die neuste Entwicklung der DREEBIT ist die Dresden EBIS-SC, eine kompakte supraleitende Ionenquelle, welche modernste Technologien der Tieftemperaturphysik und der Elektronenstrahltechnologie nutzt. Durch eine verlängerte Driftröhrensektion und den höheren maximalen Elektronenstrahlstrom ist die EBIS-SC in der Lage, Ionenströme zu extrahieren, die um einen Faktor bis zu 100 höher sind als bei den stärksten Raumtemperatur-Ionenquellen (EBIS-A). Die EBIS-SC ermöglicht daher die Extraktion von Ionenströmen im Bereich von bis zu µA (für Protonen gemessen). Das Magnetfeld mit einer Stärke von bis zu 6 T führt zu hohen Elektronenstromdichten bis zu 1000A/cm2 und mehr. Die Form der extrahierten Ionenpulse kann variiert werden, etwa zu einem gaussförmigen Puls, aber auch Dachionenimpulse sind möglich.
EBIS-SC Hauptmerkmale
- Magnetfeldstärke bis zu 6 T
- Elektronenstrom bis zu 700 mA
- Fallenlänge 20 cm
- Hohe Ionenströme für leichte Elemente (niedrig-Z Elemente)
- Flüssig-Helium freie Tieftemperaturtechnologie
- Teilcheninjektion mittels MIVOC und externer Ioneninjektion möglich
- Gaussförmige oder Dachionenpulse
- Standardpulsbreiten von 10 µs bis zu 100 µs (FWHM)
Vergleich der Parameter von Dresden EBIS/T Ionenquellen
| Parameter | Dresden EBIT | Dresden EBIS | Dresden EBIS-A | Dresden EBIS-SC |
|---|---|---|---|---|
| Fallenlänge | 2 cm | 6 cm | 6 cm | 20 cm |
| max. Elektronenstrahlstrom | 50 mA | 200 mA | 200 mA | bis zu 700 mA |
| max. Elektronenenergie | 15 keV | 20 keV | 25 keV | 25 keV |
| Magnet (Material) | Permanent SmCo | Permanent NdFeB | Permanent NdFeB | supraleitend LHe-frei |
| magnetische Induktion auf der Quellenachse | 250 mT | 400 mT | 600 mT | 6 T |
