Aufbau einer gepulsten Quelle polarisierter Elektronen - Institut für ...

4.4 Messung der Energieverteilung 83
Bei Ablage des Strahls von der Achse des Deflektorresonators kann im Deflektorresonator
ein hochfrequentes Feld angeregt werden, was zum Energieverlust
des Strahls führt. Die deponierte Hochfrequenzleistung
P = I 2 x2
κ
r
λ (1 + κ) 2 B 2 cos 2 φ (4.1)
(Strahlstrom: I, Koppelfaktor: κ=1, Resonanzmaß: cos 2 φ = 1, Bunching Parameter
B1, Shuntimpedanz r=0.317 MΩ, Strahlablage x, HF-Wellenlänge
λ, [98]) kann mit der Pulsrepetitionsrate f Rep und der Elektronenladung e in
einen Energieverlust ΔE pro Puls umgerechnet werden
ΔE =
P
f Rep e : (4.2)
Schwankungen von Strahlstrom und Strahlposition werden so auf Schwankungen
der Strahlenergie übertragen. Eine Abschätzung für I= 1µA, x=1mm
und ΔI/I=Δx/x = 10 % zeigt, daß die induzierten Schwankungen im Bereich
einiger meV liegen. Bei hohen Strahlströmen und großen Ablagen (I=100µA,
x=3mm) können sich aber Energiebreiten von einigen hundert eV ergeben.
Auch ein Absinken der Beschleunigungshochspannung bei Belastung durch
den Pulsstrom kann zur Änderung der Strahlenergie beitragen. Die steilen
Pulsflanken können sich wegen der hohen Kabelkapazitäten und Induktivitäten
der Hochspannungszuleitung der Elektronenkanone nicht bis zum Hochspannungsnetzgerät
fortpflanzen. Die Kanone wird deshalb als Kondensator
aufgefaßt, dem in regelmäßigen Abständen kurzzeitig Ladung entnommen
wird. Diese Ladung wird als kontinuierlicher Strom vom Netzgerät nachgeliefert.
Die Kapazität der Quelle wird mit C=500 pF abgeschätzt. Der relative
Spannungseinbruch ist gleich der relativen Ladungsentnahme
ΔU
U =
ΔQ
CU =
40 fC
500pF 100kV = 810;10 (4.3)
was einer Spannungsänderung von 80 µV bei einem Strahlstrom von 100 µA
entspricht.
Fazit: Bei kleinen Strahlströmen wird die Messung durch den Abbildungsfehler
und die Restwelligkeit der Beschleunigungshochspannung begrenzt, was zu einer
Auflösung von 15 eV führt. Bei hohen Strahlströmen kann ein resonanter Deflektor
zu wesentlich höheren Energiemodulationen führen. Deshalb muß darauf geachtet
werden, daß der Strahl axial durch den Resonator läuft, oder dieser sich nicht in
Resonanz mit dem Laser befindet.