Zum Grundverständnis

Ionenstrahl - Was ist das?

Strahl: eine von einem Punkt ausgehende Gerade. Ionen: elektrisch geladene Teilchen (Atome oder Atomgruppen) - Ionenstrahl: elektrisch geladene Teilchen bewegen sich von einem Ausgangspunkt geradlinig in eine Richtung (eine gute Analogie: Wasserstrahl) Wichtig für die technische Umsetzung und Anwendbarkeit: möglichst nur eine Teilchensorte (z. B. ein chemisches Element) mit einheitlicher Energie (gleiche Geschwindigkeit)

Was sind Ionen(1)?

Tuning (Auf die Plätze ...)

Der Ausgangsstoff ist je nach Art der Quelle entweder gasförmig oder fest.

  • Beim Zusammmenstoß schnell fliegender Atome, wie sie in Gasen bei hohen Temperaturen vorhanden sind, mit Elektronen kann ein Elektron aus der äußeren Schale des Atoms herausgeschlagen werden.

  • Werden bestimmte Gase bei hohen Temperaturen mit Caesium gemischt, können die Atome oder Atomgruppen zusätzliche Elektronen aufnehmen (Caesium hat die Eigenschaft, eigene Elektronen leicht abzugeben.).

  • Auch aus Festkörperoberflächen kann man Ionen herausschlagen. Dazu werden Ionen einer anderen Sorte (meist Edelgase) auf die Targetoberfläche „geschossen“.


Die guten ins Töpfchen (... fertig ...)

Nun müssen die Ionen aus der Quelle herausgeholt werden. Hier wird zum ersten Mal ihre elektrische Ladung genutzt. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes kann man die Ionen sehr leicht aus der Quellenkammer „heraussaugen“.

  • Die Ionen werden (je nach Ladung) zur Anode(2) oder Kathode(3) beschleunigt. In dieser befindet sich aber ein Loch, durch das die Ionen die Quelle verlassen. Neben den gewünschten Ionen kommen aus der Quelle aber auch andere, unerwünschte heraus. Das können entweder andere Atome und Atomgruppen oder Ionen mit einer anderen elektrischen Ladung (Ladungszustand ) sein. Diese unerwünschten Bestandteile müssen jetzt aus dem Strahl herausgefiltert werden. Dazu wird ein Magnet genutzt.

  • Ein sich bewegendes, elektrisch geladenes Teilchen wird in einem Magnetfeld von seiner Bahn abgelenkt, dass geschieht im Massentrenner. Die Stärke der Ablenkung (der Radius der entstehenden Flugbahn) wird u.a. durch das Verhältnis von Ladung und Masse des Teilchens bestimmt. Das Magnetfeld wird so eingestellt, dass nur die Teilchen mit dem richtigen Verhältnis von Ladung zu Masse durch das Rohr im Magneten fliegen können. (Abbildung des Prinzips mit kurzer Erklärung: Leichtere Ionen werden stärker abgelenkt und treffen auf die Innenseite des gekrümmten Rohrs, schwere werden nicht so weit ausgelenkt und treffen auf die Außenseite des Magneten.)

Von 0 auf 100 (...Los!)

Nach dem Massentrenner werden die Elektronen erst richtig beschleunigt. Die Ionen sind positiv geladen und lassen sich durch starke Elektrische Felder anziehen und bzw. abstoßen. Ionen werden in starken Spannungsfeldern, der entgegengesetzten Ladung, beschleunigt. Je höher die Spannung vom Feld ist umso mehr werden die Ionen beschleunigt. Die Ionen kommen in einen Kanal, in dem sie abschnittsweise mit immer höherer Spannung gefüttert werden. Die Ionen Fliegen hindurch und werden immer vom nächsten Abschnitt angezogen, bis sie die volle Geschwindigkeit haben und der Kanal zu Ende ist. Jetzt bewegen sie sich nur noch aufgrund der eigenen Trägheitskraft.


 
Das ist ein Abschnitt einer Beschleunigers, die zwischen den Metallringen steht die Spannung.


Dazu gibt es eine Seite, für die, die sich für das Thema richtig interessieren.

 

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