Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

4.4. Transmission
• . . . dem Profil der Synchrotronstrahlung entsprechend gaußförmig in der Vertikalen
über einen Bereich von 0,2 mm erstreckt.
Insbesondere für die Ionentrajektorien ist ein homogenes elektrisches Feld entscheidend
für die Transmission. Mit der Gasnadel in der Nähe der Ionisationszone
existiert prinzipiell ein Störpotential für das elektrische Feld. Sowohl für Messungen
als auch für die Simulation konnten aber Potentialeinstellungen und Positionen
gefunden werden, die die Transmission nur minimal beeinträchtigen. Auf die Rolle
des Gasnadelpotentials wird deshalb im Weiteren nicht eingegangen.
Soweit nicht anders angegeben, wurde für die Simulationen eine isotrope Emission
angenommen.
4.4.1 Transmission des Ionen-ToF-Spektrometers
Zunächst wird die Transmission von verschiedenen Ionen (H + , Ne + , Xe + ) betrachtet.
Dabei ist das Verhältnis Es /E d für die Massenauflösung optimiert. Die Potentialdifferenz
zwischen Pusher und Extractor liegt bei 1320 V und die kinetische
Energie bei 40 meV (mittlere thermische Energie bei Raumtemperatur). In diesem
Fall bewegen sich die Ionen auf einer annähernd geraden Trajektorie senkrecht
zu den Äquipotentialflächen zwischen den Elektroden bis zum MCP-Detektor. Eine
Trajektoriensimulation von jeweils 10000 Ionen ergibt eine massenunabhängige
Transmission von beinahe 96 % (s. Abb. 4.5(a)). Der Transmissionsverlust von 4 %
entsteht durch Ionen, die wegen der Quellverteilung nicht zwischen den Aperturen
generiert werden und dadurch auf den Extractor treffen. Eine Reduzierung der
Potentiale auf ca. 1 % unter Beibehaltung des auflösungsoptimierten Verhältnisses
E s /E d verlängert die Flugzeiten um einen Faktor von ca. 10. Dabei formen sich die
Trajektorien des Wasserstoffs unter Einwirkung des Magnetfelds zu Spiralen. Die
Transmission aller Ionen bleibt aber nahezu unverändert.
Zum Vergleich wird die Veränderung der Transmission bei nicht für die Massenauflösung
optimierten Potentialen untersucht. Dazu wurde E s = E d gesetzt. Die
Transmission zeigt ein leichtes Auffächern der Trajektorien und die Transmission
sinkt auf 92 % - 93 %, wobei die Transmission für das leichte H + -Ion geringfügig
weniger abnimmt als für Ne + und Xe + (s. Abb. 4.5(b)). Das kann ein statistischer
Effekt sein oder an dem für die Wasserstoffionen stärkeren Einfluss des Magnetfelds
liegen. Eine Reduzierung der Potentiale auf 1 % führt auch hier nicht zu wesentlichen
Änderungen der Transmission.
Einen deutlicheren Effekt bringt die Veränderung der Anfangsenergie, wie sie
durch eine Coulombexplosion vermittelt wird. Für eine Anfangsenergie von 15 eV
fächern die Trajektorien noch etwas weiter auf und die Transmission sinkt auf 84,6 %
bzw. 84,4 % für Ne + und Xe + , während sie sich für H + wieder im geringeren Maße
auf 86,1 % reduziert (s. Abb. 4.5(c)).
Zuletzt wurde die Transmission für kleine Feldstärken, wie sie bei effizienten
Elektronen-ToF-Messungen vorkommen, mit zusätzlicher Coulombexplosion simuliert.
Hier fällt die Transmission für Ne + und Xe + auf unter 6 %. Für H + liegt die
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