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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.

Die Cryogenic Trap for Fast ion beams (CTF).
Die Cryogenic Trap for Fast ion beams (CTF).

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.

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Referenzen

[1]   M. Lange et al., Rev. Sci. Instrum. 81 (2010) 055105. externer Link
[2]   M. Dahan et al., Rev. Sci. Instrum. 69 (1998) 76. externer Link
[3]   D. Zaifman et al., Phys. Rev. A 55 (1997) 1577. externer Link

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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) externer Link
 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) externer Link

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) externer Link

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) externer Link

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) externer Link

 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) externer Link

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) externer Link

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) externer Link

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) externer Link