Tandem-Beschleuniger
Ionenstrahl-Analyselabor mit 3-Megavolt-Tandembeschleuniger
Der Tandem-Beschleuniger erzeugt Ionenstrahlen mit Energien im Bereich einiger MeV. Diese werden sowohl zur quantitativen Oberflächenanalyse benutzt als auch zur Erzeugung von Strahlenschäden und zur Implantation von Verunreinigungsatomen.
Zur Simulation und Analyse von MeV-Ionenstrahlspektren wird im Bereich E2M das Programm SIMNRA entwickelt. SIMNRA wird in mehr als 200 Laboratorien zur Ionenstrahlanalyse benutzt und ist das weltweit führende Programm dieser Art.
Der Beschleuniger ist ein 3-MV-Tandembeschleuniger von High Voltage Engineering. Er wurde 1999 aufgebaut und besitzt zwei Ionenquellen:
- eine Cs-Sputterquelle zur Erzeugung von Protonen und D-, Li-, C-, O-, Si-, W-Ionen ...
- Eine RF-Ionenquelle zur Erzeugung von 3He- und 4He-Ionen
An Experimenten und Analysestationen stehen zur Verfügung:
RKS, eine Standard-Analysekammer für kleine Proben variabler Geometrie.
Analyseoptionen: RBS bei 165° und 105°; NRA mit einem Großwinkelprotonenzähler; ERD für den Nachweis leichter Spezies wie H, D und He.
Die Analysestation SAK, ausgestattet mit einer Handschuhbox, die den Umgang mit giftigen Materialien erlaubt, insbesondere mit Beryllium.
Analyseoptionen: RBS bei 165° und 105°; NRA mit einem Großwinkelprotonenzähler; PIXE.
Das BOMBARDINO-Experiment, ausgestattet mit zwei eigene Ionenquellen und austauschbarem Deckelflansch für flexible experimentelle Aufbauten. Es erlaubt die Analyse großer Bauteile (bis zu 20 × 10 × 10 cm3, Gewicht bis zu 5 kg) mit RBS, NRA und PIXE oder die simultane Bestrahlung von kleinen Proben mit zwei verschiedenen Ionenarten im Energiebereich von 500 eV bis zu einigen keV.
Das TOF-IBA-Experiment für hochauflösende RBS-Messungen mit Schwerionenstrahlen. Zur Erzeugung spezifischer Strahlenschäden können hier Proben auch großflächig bestrahlt werden.
Ionenstrahl-Analysemethoden
Elastic Recoil Detection: Nachweis leichter chemischer Elemente durch Messung der Energie vorwärtsgestreuter Teilchen. Die schwereren Projektile werden in einer dünnen Absorberfolie gestoppt. ERD erlaubt die Tiefenprofilierung einzelner leichter Elemente.
Nuclear Reaction Analysis: Nachweis einzelner Isotope eines chemischen Elements. Zum Beispiel kann das schwere Wasserstoffisotop Deuterium über die Reaktion 3He + D → 4He +p durch die Detektion des hochenergetischen Protons nachgewiesen werden. NRA ist eine oft untergrundfreie Messung, ergibt aber nicht immer Informationen zum Tiefenprofil.
Particle Induced X-ray Emission: Nachweis einzelner chemischer Elemente durch Messung ihrer charakteristischen Röntgenemissionlinien während des Beschusses mit energiereichen Ionen. Mit PIXE lassen sich am besten mittelschwere Elemente nachweisen. Die Methode ist sehr sensitiv und kann auch sehr kleine Mengen nachweisen, liefert aber keine Tiefeninformation.
Rutherford Back Scattering: Nachweis schwererer chemischer Elemente durch Messung der Energie leichter rückgestreuter Projektilionen. Über die Energie-Messung lässt sich die Masse des getroffenen Atoms sowie die Tiefe bestimmen, in der das Atom sich befindet. Daher kann RBS Tiefenprofile einzelner chemischer Elemente liefern.