Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

Kapitel 4. Experimente zur Charakterisierung des
Koinzidenzspektrometers
Anzahl
gemessener e − Datensatz Xe 1+ Datensatz Xe 2+
0 {[ToF Xe 1+ ],[]} {[ToF Xe 2+ ],[]}
1 {[ToF Xe 1+ ],[ToF e − 1 ]} {[ToF Xe2+ ],[ToF e − 1 ]}
2 - {[ToF Xe 2+ ],[ToF e − 1 ,ToF e− 2 ]}
Tab. 4.5: Datenstruktur einer PEPICO-Koinzidenzmessung
Elecion speichert Zeitsignale separat für jeden Messzyklus (symbolisiert durch die
geschweiften Klammern) und jeden Detektor (symbolisiert durch die eckigen Klammern).
Wird kein Elektron oder Ion gemessen, bleibt die Klammer leer.
von 676,4 eV und ab 689 eV stammen die Photoelektronen des Xe 1+ -Ions hauptsächlich
aus den beiden 3d-Orbitalen. Nach den Betrachtungen in Abschnitt 4.4.2 wäre
somit unterhalb von 676,4 eV eine Transmission des Elektronen-ToF-Spektrometers
von ca. 80 % zu erwarten. Oberhalb der Ionisationskanten sollte die Transmission
dann wegen der niedrigen Elektronenenergie auf etwa 86 % steigen, um mit weiter
wachsender Anregungsenergie wieder langsam abzufallen. Diese Werte müssen mit
der Nachweiswahrscheinlichkeit (ca. 55 %, s. Abs. 4.5) und der Transmission des
Netzes vor dem Elektronen-MCP-Detektor (90 %) korrigiert werden, womit sich
eine theoretische Effizienz zwischen 39,6 % - 42,6 % ergibt. In diesen Überlegungen
sind weder Totzeit- noch Transmissionsverluste durch Wechselwirkungen der
Elektronen mit Xenonatomen oder Restgasteilchen berücksichtigt.
Durch die Skript-Filterung wird das Ionensignal als Referenz für das Elektronensignal
nutzbar, da bei der Erzeugung eines Xe 1+ -Ions genau ein Elektron frei
wird, aus dessen Messung bzw. Nichtmessung sich die Effizienz ergibt. Eine Fehlerquelle
dieser Effizienzbestimmung sind zufällige Koinzidenzen, bei denen innerhalb
eines Messzyklus das Xe 1+ -Ion sowie ein weiteres Ion beliebiger Ladungsstufe generiert
wird. Bei einer Effizienz des Ionen-ToF-Spektrometers von 56,7 % (s. u.)
entspricht das einer Wahrscheinlichkeit von maximal 7 kHz /(500 kHz×0,567) ≈ 2, 5 %,
dass in einem beliebigen Messzyklus, in dem ein Xe 1+ -Ion erzeugt wird, noch ein
zweites Ion erzeugt wird. Die Filterbedingung ist erfüllt, wenn das zweite Ion mit
einer Wahrscheinlichkeit von 43,3 % nicht und zusätzlich genau ein Elektron des
zweiten Ions gemessen wird. Der durch zufällige Koinzidenzen verursachte Fehler
der Effizienz liegt damit bei maximal 1,1 % (≈ 0, 025 × 0, 433).
Eine weitere Fehlerquelle bildet die bisher vernachlässigte Wechselwirkung der
Elektronen mit dem Probengas. Die Inseln, die die einzelnen Ladungsstufen in der
PEPICO-Matrix repräsentieren, sind durch einen Schweif verbunden (s. Abb. 4.7).
Während über dessen Ursache lange nur gemutmaßt wurde, hat sich bei der Effizienzbestimmung
der Verdacht erhärtet, dass es sich hierbei um Koinzidenzen von
Ionen und Elektronen handelt, die durch Stöße der freigesetzten Elektronen mit
Xenonatomen erzeugt werden.
Die mit der Gasnadel in die Ionisationszone injizierten Xenonatome breiten
sich im Vakuum der Kammer mit einer Vorzugsrichtung entlang der Gasnadelachse
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