Pepperpot-Emittanzmeter

Der Pepperpot-Emittanzmesser ist ein Bildgebungssystem, das es ermöglicht, Strahlparameter von Teilchen sowie Röntgenstrahlen in Echtzeit zu erfassen und zu bewerten. Das Setup ist auf einem einzelnen DN 160 CF-Flansch montiert und umfasst eine lineare Bewegungsvakuumdurchführung, zwei SHV-Hochspannungsdurchführungen, eine Glas-Sichtöffnung und eine Kamerahalterung. Die Hauptkomponenten der Diagnoseeinheit sind die pepperpot-ähnliche Lochblendenmaske, eine Mikrokanalplatte (MCP) und Phosphorschirm-Anordnung, ein Spiegel und eine CCD-Kamera. Die Kamera, die Pepperpot-Stromversorgungen und optional auch die lineare Durchführung können ferngesteuert werden, was besonders wichtig ist, wenn die Bediener während des Betriebs des geladenen Partikelstrahls keinen Zugang zum Messaufbau haben.

Für Hochintensitätsstrahlen oder Röntgenstrahlen kann das Bildgebungssystem entsprechend den verschiedenen Anforderungen in diesen Fällen modifiziert werden. Zum Beispiel erfordern Hochintensitätsstrahlen keine Signalverstärkung durch ein MCP-System. Stattdessen können hohe Strahlintensitäten den Einsatz spezieller Pepperpot-Maskenmaterialien oder eines zusätzlichen Verschlusssystems mit aktiver Kühlung erfordern, um die vom einfallenden Strahl eingeführte Leistung am Pepperpot zu reduzieren. Kundenorientierte Lösungen können angeboten werden, um die optimale Konfiguration für eine bestimmte Anwendung zu finden.

Funktionsprinzip

Abbildung 1 - Pepperpot Schema

Das Funktionsprinzip des Systems basiert darauf, dass der einfallende Strahl durch die Pepperpot-Maske in mehrere Strahlenbündel aufgeteilt wird. Bei schwachintensiven geladenen Teilchenstrahlen werden die Strahlenbündel mithilfe der MCP in Sekundärelektronen umgewandelt, und schließlich wird ein optisches Bild durch den Phosphorschirm erzeugt. In diesem Standardaufbau werden die von der MCP erzeugten Elektronen auf einen Phosphorschirm beschleunigt, der sichtbares Licht erzeugt, das durch das Glasvakuumfenster überwacht werden kann. Mit Hilfe einer Analyse- und Steuersoftware können die Emittanz- und Twiss-Parameter des Strahls aus dem aufgenommenen Bild berechnet werden.

Abbildung 2 - Pepperpot-Software

Die Steuerungssoftware des Pepperpot-Systems ermöglicht die Anpassung der Hochspannung für die MCP und den Phosphorschirm. Die Spannungen definieren den Verstärkungsfaktor des Systems. Nachdem die Spannungen eingestellt wurden, kann das Bild der Ionenstrahlbündel, das vom Pepperpot erzeugt wird, in Echtzeit beobachtet werden. Mit einem Bild der Strahlenbündel, das von der CCD-Kamera aufgenommen wird, können die Emittanz- und Twiss-Parameter des einfallenden Ionenstrahls mithilfe der Analyse-Software berechnet werden. Die Software verwendet die x- und y-Projektionen der Strahlenbündel, die durch mehrere Gauss-Funktionen angepasst werden, für die folgenden Berechnungen.