stufe Elektronen- kanone Triplett Alphamagnet Dublett Faradaycup

1.5. Das Lebensdauerproblem
kann. Daher kann eine Kathode CO-Expositionen von vielen Langmuir 19 ausgesetzt werden,
ohne dass die Quantenausbeute messbar verkleinert wird. Bei Einwirkung von CO2
oder H2O wurde jedoch ein exponentieller Abfall der Quantenausbeute bei Einwirkung
der Gase festgestellt. Liegen mehrere Gasspezies gleichzeitig vor – dies ist aufgrund der
Restgaszusammensetzung immer der Fall – so kann die Zeitkonstante des Zerfalls durch
die parallele Wirkung der einzelnen Zeitkonstanten dargestellt werden, da die Gase unabhängig
voneinander einwirken
QE(t) =QE0e −t/τ
1/τ =1/τCO2 +1/τH20 + ... . (1.34)
Im Betrieb an MAMI entspricht die Zeitkonstante τ auch ungefähr der kontinuierlichen
Betriebszeit, da aufgrund der vorliegenden Quantenausbeuten und der beschränkten
Laserleistung der Abfall der QE nur über ca. eine Zeitkonstante durch Erhöhen der
Laserleistung aufgefangen werden kann. Daher ist der Begriff ” Lebensdauer“ für die
Zeitkonstante hier auch aus praktischen Gründen angebracht.
Dabei ist der Beitrag der i-ten chemischen Komponente zur Zeitkonstante umgekehrt
proportional zum Druck
τi = kip −1
i i = H2O, CO2, .... . (1.35)
Die Proportionalitätskonstanten, der daraus folgende Partialdruck zum Erreichen einer
Zeitkonstanten von 20 Tagen, sowie die entsprechende Exposition in Einheiten von
Langmuir, sind aus den Resultaten von Wada et al. [68] abzuleiten:
kH20 =7.2 · 10 −7 [s · mbar] (p20 =4.2 · 10 −13 mbar) (0.5Langmuir) (1.36)
kCO2 =4.8 · 10 −6 [s · mbar] (p20 =2.7 · 10 −12 mbar) (2.5Langmuir)
Für die Einwirkungen von Sauerstoffmolekülen komme ich aus der Beobachtung während
der Kathodenaktivierung zu ähnlichen Werten: Schaltet man bei dem typischen
Sauerstoffpartialdruck (während der Aktivierung) von 5 · 10 −9 mbar die Cs-Quelle ab, so
sinkt die Quantenausbeute binnen weniger als 5 Minuten auf 1/e ab. Daraus folgt eine
Abschätzung für kO2
kO2 =1.5 · 10 −6 [s · mbar] (p20 =9· 10 −13 mbar) (1 Langmuir). (1.37)
Eine notwendige Bedingung für die angestrebte Lebensdauer von 20 Tagen ist daher,
dass der angegebene Partialdruck p20 unterschritten wird, zusätzlich gilt natürlich noch
die ” Summenregel“ aus Gleichung 1.34. Dabei ist CO2 ein (noch) problematischeres Gas
als Wasser, weil der freigesetzte Sauerstoff aus der Dissoziation des CO2 auf der Oberfläche
Arsenoxide produzieren kann. Solche Oxide sind normalerweise nur durch eine
19 Ein Langmuir entspricht der Einwirkung eines Drucks von 1.33·10 −6 mbar für 1 Sekunde, entsprechend
dem Aufwachsen von etwa einer atomaren Lage, wenn die Haftwahrscheinlichkeit eins beträgt.
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