Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

Kapitel 2.
Grundlagen der experimentellen Arbeit
E kin,Ion = qEd = 1 ms 2
2 t 2 (2.7)
√
m s
⇒ t =
2
(2.8)
q 2Ed
Aus der Messung der Flugzeit lässt sich daher das Masse-/Ladungsverhältnis
von Ionen ableiten. Im weiteren Verlauf wird im Zusammenhang mit der Ionen-
ToF-Messung der kürzere Begriff der Massenauflösung verwendet.
2.3 Die Experimentierumgebung an der P04-Beamline
bei PETRA III
2.3.1 Der Speicherring PETRA III
Im Speicherring PETRA III werden Positronen mit einer Energie von 6 GeV in
einem ringförmigen Vakuumrohrsystem gespeichert 1 . Der Vakuumdruck liegt bei ca.
1 · 10 −9 hPa, was aufgrund von Restgaskollisionen zu einer mittleren Lebensdauer
der gespeicherten Positronen von etwa 10 Stunden führt.
Die Positronen werden in Paketen (Bunches) gebündelt, von denen bis zu 960 bei
einem Strom von 100 mA gleichzeitig im Speicherring umlaufen. Im Top-Up genannten
Betriebsmodus werden die durch Restgaskollisionen schrumpfenden Bunche im
Abstand von wenigen Minuten nachgefüllt, was einen annähernd konstanten Strom
im Speicherring gewährleistet.
Ein Oktant des 2304 m langen Speicherrings befindet sich in der rund 300 m
langen Max-von-Laue-Halle. In der Halle befinden sich 14 Strahlrohre (Beamlines)
mit 30 Messplätzen. Dort, wo die Positronen die stationären, magnetischen
Wechselfelder passieren, die von sogenannten Undulatoren erzeugt werden, wird
die Undulator- oder allgemeiner Synchrotronstrahlung produziert. Hier zweigen die
Strahlrohre tangential vom Speicherring ab, wobei der Positronenstrahl mithilfe
eines Dipolmagneten von der Strahlung separiert wird.
2.3.2 Undulatorstrahlung
Die magnetischen Wechselfelder von Undulatoren werden durch alternierend gepolte
Permanentmagnete erzeugt, die sich entlang der Positronenbahn (im Folgenden
auch Undulatorachse genannt) in zwei Reihen in der Vertikalen gegenüberstehen.
Die Länge des P04-Undulators beträgt 5 m. Durch die Lorentzkraft werden die
Positronen im Undulator - wechselweise mit dem alternierenden Magnetfeld - um
Bruchteile eines Millimeters von einer geraden Flugbahn in der Horizontalen ausgelenkt.
Auf diesem Slalomkurs geben die Positronen Energie in Form von Strahlung
1 Seit Anfang 2013 werden Elektronen verwendet. Von der Inbetriebnahme bis Anfang 2013, und
damit während der Experimente, wurden Positronen gespeichert, weshalb zur besseren Lesbarkeit
im weiteren Text nur Positronen als Strahlungsquelle aufgeführt werden.
14