stufe Elektronen- kanone Triplett Alphamagnet Dublett Faradaycup

1. Die Quelle spinpolarisierter Elektronen am MAMI-Beschleuniger
kann man den entsprechenden Summanden in Gleichung 1.39 zu
τFE = kFEI −1
FE kFE =3.6 · 10 −2 [A · s] (1.40)
abschätzen. Anders formuliert bedeutet das, dass die Freisetzung von 36 Millicoulomb
Feldemissionselektronen genügt, um die Kathode zu zerstören. Dabei erfolgt die Zerstörung
natürlich nicht direkt durch die Emission, sondern über sekundäre Prozesse
beim Auftreffen der Elektronen auf die Vakuumkammerwand.
Schreibt man die beobachtete Lebensdauerverminderung ausschließlich einer Feldemission
zu, so erhält man τFE = 3000 h bzw. einen Feldemissionsstrom von 3 nA. Ein
Strom dieser Größe ist mit den derzeit an PKA1 eingesetzten Messmethoden nicht nachweisbar,
so dass offen bleibt, ob die Reduktion der Lebensdauer durch Rückströmung
oder Feldemission erfolgt. Die in diesem Zustand vorliegende Lebensdauer τeff ist erfreulicherweise
noch immer deutlich größer als die angestrebten texp = 20 Tage, so dass
die Feldemissions- bzw. Rückströmungsproblematik hier nicht von extremer Bedeutung
ist. Allerdings muss dem Feldemissionsaspekt kontinuierlich Beachtung geschenkt werden,
da er sich durch schwer zu kontrollierende Umstände, wie z.B. Verunreinigungen,
dramatisch zum Schlechteren hin verlagern kann 22 .
Wie aus Tabelle 1.4 hervorgeht, findet eine Reduktion der Lebensdauer mit steigendem
Experimentierstrom statt. Als Ursache kommt z.B. die Produktion schädlicher Gasspezies
durch Strahl/Wand Wechselwirkung in Frage, die im folgenden Abschnitt diskutiert
wird. Weiterhin existiert auch eine Ionisation des Restgases in der Beschleunigungsstrecke,
diese führt auch bei kleinen Drücken zu einer keineswegs vernachlässigbaren
Ionendosis, wie von unserer Gruppe in [21],[23] dargestellt wurde. Beide Produktionsmechanismen
sind proportional zum Strom, so dass ein zusätzlicher Lebensdauersummand
τI in Gleichung 1.39 mit umgekehrt proportionaler Abhängigkeit vom Experimentierstrom
aufgefunden werden sollte:
τI = kI · I −1
(1.41)
Wertet man die drei Experimente mit größeren Strömen unter Berücksichtigung der
vorher ermittelten Werte von τV und τFE aus, so erhält man folgenden Mittelwert für
kI
kI = 199 +9
−11 Coulomb. (1.42)
Als Fehler ist die maximale Abweichung vom Mittelwert angegeben. Ein überproportionaler
Abfall der Quantenausbeute bei sehr hohen Strömen ist nicht signifikant
nachweisbar, obwohl der Wert von kI beim Hochstromexperiment mit kI = 188C der
kleinste war. Bei der gleichartig arbeitenden Quelle des Jefferson Laboratoriums wurde
von einer Reduktion von kI um einen zusätzlichen Faktor 2 beim Übergang zu einer
22 Es wurde beobachtet, dass ein einziger größerer Partikel (ca. 20μm Größe) auf der HV-Elekrode den
Feldemissionsstrom in den Mikroampèrebereich treiben kann, was die Anlage unbrauchbar macht.
50