Ultraschwere Ionen und deren Nutzung an HZDR-Beschleunigern.

Die Modifizierung von Festkörperoberflächen durch energiereiche polyatomare Ionen („Cluster­ionen“) ist ein neues For­schungsgebiet von hohem Interesse. Diese Projektile (mehrere100 atomare Masseeinheiten) deponieren eine extrem hohe Energie­dichte, da zur glei­chen Zeit am gleichen Ort mehrere Atome mit der Fest­körperoberfläche wechselwirken. Dadurch können z. B. Oberflächenmodifikationen durch nano­skaliges Oberflächenschmelzen erreicht aber auch Io­nen­erosion durch thermisch aktiviertes Sputtern untersucht werden. Bisherige aussichtsreiche Untersuchungen wurden an Fokussierten Ionenstrahlsystemen (FIB) mit Flüssigmetall-Ionenquellen (LMIS) durchgeführt, die auf Grund der kleinen Ionenströme nur Strukturen im µm- Bereich zuließen. Um diese Erfahrungen für großflächige Untersuchungen nutzbar zu machen, sind Clusterinjektionssysteme erforderlich, die etwa den 1000fachen Ionenstrom liefern und so für Ionenbeschleuniger mittlerer Energie interessant werden.
Dafür werden nun Flüssigmetallionenquellen, die mit neuartigen porö­sen Emittern arbeiten, eingesetzt (Spin-Off aus der Weltraumforschung zu Ionenantrieben), die unterschiedlichste Metall-Clusterionen (z. B. Bi3 mit über 600 atomaren Masseneinheiten) emittieren können und lange Lebensdauern garantieren. Diese Quellen werden mit einer speziell entwickelten Ionenoptik kombiniert, um einen maximalen Ionenstrom fokussiert bereitzustellen.
Derartige Clusterionen-Injektoren werdend zuerst am 500 kV Ionenbeschleuniger des Ionenstrahlzentrums des HZDR (IBC) in Betrieb genom­men, sind aber nachfolgend auch für andere Singletron-Maschinen oder als Ter­mi­nal­quelle an einem Tandem-Beschleuniger nutzbar.