Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

Kapitel 3. Entwicklung, Aufbau und Funktion des
Koinzidenzspektrometers
3.4 Adaption eines Elektronen-ToF-Spektrometers mit
magnetischer Flasche für die P04-Beamline
3.4.1 Konstruktion eines Magnetsystems für ein inhomogenes Magnetfeld
Für die Konstruktion der magnetischen Flasche wurden zunächst einige Magnetkonfigurationen
von Ring- und Zylindermagneten mit und ohne Weicheisenpolkappe
anhand von Radia-Simulationen untersucht. So wurden in der Simulation unter Beachtung
räumlicher Randbedingungen (Platz in der Kammer, MCP-Durchmesser)
die Material- und Formparameter der Magneten und Polkappen mit dem Ziel der
Maximierung der Flussdichte bei gleichzeitig schnellem Abfall des Verhältnisses
B(z)/B Max (s. Abs. 2.5.1) optimiert. Dadurch sollte einerseits der für die Elektronenmessung
zugängliche Energiebereich maximiert werden. So wächst mit zunehmender
Elektronenenergie der Gyrationsradius an (s. Gl. 2.16), wodurch solche schnellen
Elektronen nicht mehr effizient zum Elektronendetektor geführt werden können,
weil sie z.B. die Eintrittsblende der Elektronendriftröhre nicht passieren oder auf
die Wand der Elektronendriftröhre treffen. Andererseits sollte über den schnellen
Abfall von B(z) /B Max ein effizienter Parallelisierungsprozess der Elektronentrajektorien
gewährleistet werden.
Die abgeleiteten Erkenntnisse zur Maximierung der Flussdichte durch konstruktive
Maßnahmen wurden im Prototyp eines Ringmagneten mit Polkappe verarbeitet
(s. Abb. 3.5, links) und lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• Größe und Magnetisierung des Magneten sowie Sättigungsmagnetisierung und
Form der Polkappe stehen im direkten Zusammemhang mit der erreichbaren
Flussdichte.
• Die Form der Polkappe sollte konisch unter einem Winkel von etwa 45 ◦ zur
Symmetrieachse zulaufen, muss aber nicht notwendigerweise einen spitzen Kegel
bilden. Eine Kegelstumpfform mindert die maximale Flussdichte nur unwesentlich.
• Die Polkappe sollte an der Kegelbasis nur die halbe Wandstärke des Magneten
abdecken und bündig mit dem inneren Rand des Ringmagneten abschließen.
• Modifikationen an der Polkappenspitze, wie z.B. ein ringförmiger Absatz, erlauben
leichte Variationen der Position des Flussdichtemaximums im freien
Raum in Richtung der virtuellen Kegelspitze. So liegt für die betrachtete Geometrie
aus Abbildung 3.5 das Maximum des magnetischen Flusses ca. 2 mm
von der Polkappenspitze entfernt (s. Abb. 3.7).
Die Diskrepanz der nominellen Magnetisierung von 1,4 T für die verwendeten
Magnete, der berechneten äußeren Flussdichte von wenigen 100 mT in der Nähe
der Magnetoberfläche und der mit dem Ringmagneten tatsächlich erreichbaren
Flussdichte von nur ca. 90 - 100 mT in der Ionisationszone führte unweigerlich
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