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Kühlung und Speicherung von Ionen in der kalten Strahlfalle CTF
Die Cryogenic Trap for Fast ion beams (CTF) [1] ist eine kryogene, elektrostatische Ionenfalle (Electrostatic Ion Beam Trap (EIBT) [2,3]). In ihr können Ionenstrahlen mit einer Energie von einigen keV gespeichert werden. Sie wurde initial entwickelt, um Vakuum- und Kühlkonzepte sowie den mechanischen Aufbau des kryogenen Speicherrings (CSR) zu testen.
Die Falle besteht aus zwei elektrostatischen Spiegeln, zwischen denen die gespeicherten Ionen reflektiert und durch Einzellinsen zur Fallenmitte fokussiert werden. Die kryogene Umgebungstemperatur (<15 K) führt zu extrem niedrigen Restgasdichten im Bereich von 2000 Teilchen/cm-3 vergleichbar mit einem Druck von 10-13 mbar bei Raumtemperatur. Dadurch konnten Speicher- und Experimentierzeiten von einigen Minuten realisiert werden. Der gespeicherte Ionenstrahl kann mit einer Pickup-Elektrode nicht destruktiv detektiert werden. Mittels der Umlauffrequenz der Teilchen kann deren Masse bestimmt werden. Des weiteren werden neutralisierte Teilchen, die die elektrostatische Falle verlassen, mit einen Mikrokanalplattendetektor (MCP) nachgewiesen.
Mit der CTF können dynamische Prozesse gespeicherter Ionenstahlen untersucht werden. Um die Kühlung von Rotationen und Vibrationen von Molekülen und Metallclustern in der Gasphase experimentell zu erforschen, werden negativ geladene Ionen mit einem durchstimmbaren, gepulsten Laser-System (OPO) angeregt. Die Neutralisationsrate in Abhängigkeit von Laserwellenlänge und Speicherzeit lässt Rückschlüsse auf die Struktur der Cluster bzw. Moleküle zu.
Gerade die optimalen Umgebungsparameter an der CTF wie z.B. die kryogene Umgebung ermöglichen diese physikalischen Experimente.
Referenzen
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M. Lange et al., Rev. Sci. Instrum. 81 (2010) 055105.  |
| [2] | M. Dahan et al., Rev. Sci. Instrum. 69 (1998) 76. |
| [3] | D. Zaifman et al., Phys. Rev. A 55 (1997) 1577. |
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Publikationsliste
2016
| 9. | Decay processes and radiative cooling of small anionic copper clusters C. Breitenfeldt, K. Blaum, M. W. Froese, S. George, G. Guzmán-Ramírez, M. Lange, S. Menk, L. Schweikhard, and A. Wolf Phys. Rev. A 94, 033407 (2016)
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| 8. | Spreading times of ion-bunches in the Cryogenic Trap for Fast ion beams C. Breitenfeldt, M. W. Froese, K. Blaum, S. George, M. Grieser, M. Lange, S. Menk, R. Repnow, D. Schwalm, L. Schweikhard, R. von Hahn, A. Wolf Int. J. Mass. Spectrom. 396, 1-4 (2016)
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2014
| 7. | Vibrational autodetachment of sulfur hexafluoride anions at its long-lifetime limit S. Menk, S. Das, K. Blaum, M. W. Froese, M. Lange, M. Mukherjee, R. Repnow, D. Schwalm, R. von Hahn, and A. Wolf Phys. Rev. A 89, 022502 (2014)
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2013
| 6. | Beam dynamics and internal cooling of ions stored in a cryogenic
electrostatic ion beam trap M. Lange AIP Conf. Proc. 1521, 220-229 (2013)
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2012
| 5. | Radiative cooling of Al4- and Al5- in a cryogenic environment M. Lange, M. W. Froese, S. Menk, D. Bing, F. Fellenberger, M. Grieser, F. Laux, D. A. Orlov, R. Repnow, T. Sieber, Y. Toker, R. von Hahn, A. Wolf and K. Blaum New J. Phys. 14, 065007 (2012)
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| 4. | The decay of ion bunches in the self-bunching mode M. W. Froese, M. Lange, S. Menk, M. Grieser, O. Heber, F. Laux, R. Repnow, T. Sieber, Y. Toker, R. von Hahn, A. Wolf and K. Blaum New J. Phys. 14, 073010 (2012)
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2011
| 3. | Thermionic power-law decay of excited aluminum-cluster anions and its
dependence on storage-device temperature M. W. Froese, K. Blaum, F. Fellenberger, M. Grieser, M. Lange, F. Laux, S. Menk, D. A. Orlov, R. Repnow, T. Sieber, Y. Toker, R. von Hahn, and A. Wolf Phys. Rev. A 83, 023202 (2011)
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2010
| 2. | A cryogenic electrostatic trap for long-time storage of keV ion beams M. Lange, M. Froese, S. Menk, J. Varju, R. Bastert, K. Blaum, J. R. Crespo López-Urrutia, F. Fellenberger, M. Grieser, R. von Hahn, O. Heber, K.-U. Kühnel, F. Laux, D. Orlov, M. L. Rappaport, R. Repnow, C. D. Schröter, D. Schwalm, A. Shornikov, T. Sieber, Y. Toker, J. Ullrich, A. Wolf, and D. Zajfman Rev. Sci. Instrum. 81, 055105 (2010)
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2009
| 1. | Cryogenic ion beam storage M. Froese, K. Blaum, J.R. Crespo López-Urrutia, F. Fellenberger, M. Grieser, D. Kaiser, M. Lange, F. Laux, S. Menk, D.A. Orlov, R. Repnow, C.D. Schröter, D. Schwalm, A. Shornikov, T. Sieber, J. Ullrich, J. Varju, R. von Hahn, A Wolf, O. Heber, M. Rappaport, J. Toker, D. Zajfman Proceedings of PAC09, Vancouver, BC, Canada, May 2009 paper FR5REP041 (pdf, 4.85 MB)
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