alternating gradient - abbremsung von benzonitril - CFEL at DESY

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38 Alternating Gradient-Abbremsung von Benzonitril Stufen normalverteilt in alle drei Raumrichtungen parallel versetzt, wobei der an- gegebene Wert ∆r die Standardabweichung der Verteilung angibt. Für ∆r = 0, 1 mm nimmt das Signal um einen Faktor 10, für ∆r = 0, 15 mm um den Faktor 20 ab. Da nur ein Parallelversatz berücksichtigt wird, wird in der Simulation wahrscheinlich die Auswirkung von Fehlstellungen unterschätzt, so dass der experimentell beob- achtete Faktor 17 auf eine Fehlstellung der Größenordnung 0, 1 mm schließen lässt. Die Simulationen unter Berücksichtigung der Fehlstellung sind sehr rechenzeitin- tensiv. Deswegen wird im Folgenden auf sie verzichtet und stattdessen die skalierte Simulation ohne Fehlstellung gezeigt, welche die Auswirkungen der Fehlstellung näherungsweise beschreibt. Simulationen werden im Folgenden als hellere Kurven gleicher Farbe unterhalb der jeweiligen Messung gezeigt. Auf die Darstellung der Residuen der Ausgleichsrechnung für die Simulation wird im Folgenden verzichtet, da sie vernachlässigbar klein sind (siehe Abb. 4.2). In Abb. 4.4 sind TOF-Profile für das guiding von Benzonitril mit verschiedenen Wer- ten der Fokussierlänge f zu sehen. Die Zeitsequenzen wurden für eine Geschwin- digkeit des synchronen Moleküls von vsyn = 320 m/s berechnet, was annähernd der mittleren Strahlgeschwindigkeit ¯vz entspricht. Man erkennt, dass sich ausge- hend von f = 2, 0 mm zunächst drei Peaks entwickeln, von denen der mittlere bei t = 2, 07 s dem synchronen Peak entspricht, d. h. dem Molekülpaket, das longitu- dinal um das synchrone Molekül herum fokussiert wurde. Die Intensität zwischen den Peaks ist geringer als im Freiflug, was ein Indiz dafür ist, dass Moleküle aus diesem Bereich heraus in die akzeptierten Pakete gedrängt werden. Seine maximale Intensität erreicht der Peak bei einer Fokussierlänge von f = 5, 0 mm. Mit zuneh- mendem f wird der synchrone Peak überfokussiert, während die beiden Seiten- peaks zunächst weiter wachsen, bis schließlich alle Peaks verschwinden und das Signal insgesamt unter das Freiflugniveau abfällt. Die beiden äußeren Peaks ent- sprechen Molekülen, die sich beim Eintritt in den Abbremser ein Elektrodenpaar vor oder nach dem synchronen Molekül befinden, jedoch die gleiche Anfangsge- schwindigkeit haben wie dieses. Für Moleküle aus diesen beiden Peaks steht jedes dritte Elektrodenpaar nicht unter Hochspannung, da diese immer entweder an allen F-Linsen oder an allen D-Linsen anliegt. Sie erfahren daher nur zwei Drittel der fokussierenden und defokussierenden Kräfte. Bei Werten von f ≈ 7 mm kann die geringere Fokussierstärke durch die größere Fokussierlänge teilweise kompensiert werden, so dass in diesem Bereich die beiden nicht synchronen Peaks das TOF-Pro- fil dominieren. Simulationen ergeben Übereinstimmung mit dem Experiment für Werte von ¯vz = 323 m/s für die mittlere Strahlgeschwindigkeit, ∆ ¯vz = 30 m/s und ∆ ¯vx = ∆ ¯vy = 20 m/s für die longitudinale bzw. transversale Geschwindigkeits- breite der gaußförmigen Geschwindigkeitsverteilung und ∆t0 = 150 µs als zeitliche
4.2 Abbremsung des Grundzustandes 39 Intensität in willkürlichen Einheiten 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 TOF in ms 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 2,0 Abbildung 4.4: Gemes- senes und simuliertes guiding von Benzonitril mit vsyn = 320 m/s für verschiedene Werte von f (rechts in mm an- gegeben). Als optimaler Wert ergibt sich f = 5, 0 mm.
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