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Dresden EBIT/EBIS - Funktionsprinzip
Die Dresden EBIT/EBIS bestehen aus einer Kathode zur Erzeugung des Elektronenstrahls, drei Driftröhren die die Ionenfalle bilden, einem Elektronenkollektor und einer Ionenextraktionslinse.
Der Elektronenstrahl wird in der Driftröhrenregion durch ein starkes Magnetfeld radial auf eine Durchmesser von 100 bis 200 µm komprimiert.
Nach Passieren der Driftröhren wird der Elektronenstrahl aufgeweitet und von der Extraktionslinse reflektiert. Die Elektronen werden in einem wassergekühlten Elektronenkollektor abgeleitet.
Die Ionen die durch Elektronenstoß sukzessive ionisiert werden werden radial durch das Potentialminimum das durch die negative Raumladung des Elektronenstrahls gebildet wird in der Falle gehalten.
Der axiale Einschluß wird durch das Anlegen zusätzlicher elektrostatischer Potentiale an den äußeren Driftröhrensektionen realisiert.
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Schema der Potentialverhältnisse in der Dresden EBIT
Die Elektronenstrahlenergie die die Ionisationsenergie darstellt ergibt sich aus dem Potential der Kathode und der mittleren Driftröhrensektion.
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Animation der Potentiale und der Ionisationsprozesse in der Dresden EBIT
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Der Ionisationsgrad vergrößert sich mit der Ioneneinschlusszeit. Daraus resultiert eine Entwicklung der Ladungszustamdsverteilung der Ionen mit der Fallenzeit. Entsprechend wird ein bestimmter Ladungszustand nach einer charakteristischen Ionisationszeit erreicht.
Nach Ablauf der voreingestellten Fallenzeit wird die Falle axial durch schnelles Absenken des Potentials an der dritten Driftröhrensektion geöffnet. Danach beginnt der Ionisationsprozess von Neuem.
Die Pulsfrequenz mit welcher die Ionen extrahiert werden hängt entsprechend vom Element und dem jeweils gewünschten Ladungszustand ab. Diese kann zwischen weniger als 0,1 Hz bis zu mehreren 100 Hz variieren.
Die Ionen können auch im Überlauf bei abgesenktem axialen Einschlusspotential, d. h. im Dauerstrom extrahiert werden. Die dabei erreichbaren Ladungszustände sind zwar einerseits verringert, andererseits kann die Gesamtionenausbeute deutlich erhöht werden.
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Entwicklung der Ladungszustandsverteilung von Xenon
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Messung der zeitlichen Entwicklung der Ladungszustandsverteilung für Argon
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