Kryogenes Reaktionsmikroskop
Abteilung Pfeifer
Arbeitsgruppe (AG) Moshammer/Dorn
Mit der erfolgreichen Inbetriebnahme des ultrakalten Speicherrings CSR verfügt unser Institut über eine weltweit einzigartige Maschine, um Strahlen von atomaren oder molekularen Ionen zu speichern und auf extrem tiefe Temperaturen (unter -263°C, also 10 K) abzukühlen. Realistische Weltraumbedingungen können so im Labor nachgebildet werden. Beispielsweise können nun Fragen „Was passiert, wenn ein kaltes Molekül auf ein Atom trifft? Wieviel Energie wird frei (oder benötigt), wenn im Stoß zweier Atom-/Molekülteilchen ein Elektron vom einen auf den anderen Partner wechselt?“ beantwortet werden.
Das weltweit erste Tieftemperatur-Reaktionsmikroskop, das sog. CSR-REMI, wurde für den CSR entwickelt. Dieses kombinierte Elektronen- und Ionenspektrometers ermöglicht grundlegende Untersuchungen zur Quantendynamik im Bereich der Atom- und Molekülphysik. Es ist beispielsweise möglich, Abkühlprozesse von Molekülen und Clustern durch Messung von abgelösten Photo-Elektronen zu bestimmen oder die in Kollisionen zwischen dem kalten Ionenstrahl und einem neutralen Gasjet entstehenden Rückstoßionen und Elektronen mit hoher Effizienz und Auflösung in Koinzidenz mit den molekularen Fragmenten der kalten CSR-Molekülionen komplett zu erfassen. Weitere mögliche Anwendungen reichen von der Strukturbestimmung molekularer Ionen mittels Photoelektronen-Spektroskopie bis hin zu femtosekunden-zeitaufgelösten Experimenten an zustandspräparierten Molekülen mit Hilfe gängiger Pump-Probe-Verfahren.
Die Abbildung zeigt einen Überblick des CSRs, die Position des CSR-ReMis is markiert. Um den komplexen mechanischen Aufbau des CSR-ReMis zu verdeutlichen ist unter der Übersichtzeichnung ein Schnitt durch die ReMi-Sektion dargestellt. Im Zentrum des Spektrometers interagiert der gespeicherte Ionenstrahl (magenta) mit einem Laserpuls oder dem neutralen Gasjet. Die geladenen Fragmente können mit den beiden Detektoren nachgewiesen werden (Nachweis der Elektronen auf oberem, Ionen auf unterem Detektor, die Bahnen der Teilchen sind schematisch eingezeichnt). Dieser zentrale, innere Teil wird auf unter 10 K abgekühlt. Thermische Schilde (dunkelblau und hellblau) sorgen für die Wärmeisolation zur äußeren CSR-Vakuumkammer, die sich auf Raumtemperatur befindet. Über Rohrleitungen erfolgt die Versorgung mit Wasser und flüssigem Helium zur Kühlung. Die Spulen (gelb) dienen zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes im Spektrometerbereich, und zur Bahnkorrektur des gespeicherten Ionenstrahls (magenta). Ein dritter Detektor innerhalb des kryogenen Bereichs ermöglicht den Nachweis von neutralen Fragmenten in Vorwärtsrichtung.
In Erinnerung an Dr. Claus Dieter Schröter, ohne dessen jahrelanges engagiertes Wirken und herausragende Expertise das CSR-ReMi nie möglich gewesen wäre.