Tieftemperatur-Reaktionsmikroskop
Abteilung Pfeifer
Arbeitsgruppe (AG)
Dr. Claus Dieter Schröter
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 „Wie und durch welche Reaktionen entstehen organische Moleküle im Universum? Wie entstehen aus Molekülen kleine Staubteilchen?“ beantwortet werden.
Das weltweit erste Tieftemperatur-Reaktionsmikroskop, das sog. CSR-REMI, wurde für den CSR entwickelt und wird momentan aufgebaut. Mit dem Einbau dieses kombinierten Elektronen- und Ionenspektrometers in den Speicherring können grundlegende Untersuchungen zur Quantendynamik im Bereich der Atom- und Molekülphysik durchgeführt werden. Es wird beispielsweise möglich, dynamische Prozesse beim Aufbruch von Atomen, Molekülen und Clustern nach Stößen mit den langsamen und kalten Ionen im CSR zu untersuchen und mit höchster Auflösung zu vermessen. Ebenso können die nach einer Wechselwirkung mit ultrakurzen Laserpulsen entstehenden Elektronen mit hoher Effizienz und Auflösung in Koinzidenz mit den molekularen Fragmenten der kalten CSR-Molekülionen komplett erfasst werden. Die 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.
Der komplexe mechanische Aufbau des CSR-REMI ist in der Abbildung verdeutlicht. Dargestellt ist das Spektrometer mit den beiden Detektoren für den Nachweis der geladenen Fragmente (Nachweis der Elektronen auf oberem, Ionen auf unterem Detektor). Dieser zentrale, innere Teil wird auf unter 10 K abgekühlt. Thermische Schilde (dunkelgrün und hellgrün) 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 dienen zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes im Spektrometerbereich, und zur Bahnkorrektur des gespeicherten Ionenstrahls (gelber Pfeil).