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A neutral particle detector for photodetachment studies

Johannes Lahner

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Betreuer*in

Robin Golser

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DOI

10.25365/thesis.32892

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29216.22680.942163-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Ziel dieser Masterarbeit war es, einen Neutralteilchendetektor für ILIAS (Ion Laser Inter-Action Setup) zu entwickeln, aufzubauen und mit einem geeigneten Messaufbau zu testen. ILIAS wurde an der Universität Wien an der Fakultät für Physik, Isotopenforschung und Kernphysik, entwickelt, um die selektive optische Filterung negativ geladener Ionen durch Laser-Photodetachment zu untersuchen. Mithilfe eines Massenspektrometers, vergleichbar mit der Niederenergieseite einer AMS Anlage, können massenseparierte Ionenstrahlen erzeugt werden. Wird dieser Teilchenstrahl mit einem Laser kollinear überlagert, so können jene negativen Ionen, deren Elektronenaffinität geringer ist als die Laserenergie, neutralisiert und anschließend mit einem elektrostatischen Ablenker gefiltert werden. Auf diese Weise eröffnet ILIAS in Kombination mit einer AMS Anlage eine vielversprechende neue Methode zur Isobarenunterdrückung. Der Neutralteilchendetektor wird benötigt, um die Effzienz der selektiven Isobarenuterdrückung von ILIAS zu messen. Dazu wird der Ionenstrahl nach dem elektrostatischen Ablenker ein zweites Mal kollinear mit einem Laserstrahl überlagert um den Anteil der noch im Ionenstrahl befindlichen unerwünschten Isobare zu bestimmen. Da die so erzeugten Neutralteilchen nicht mehr abgelenkt werden können, muss sich der Detektor im Laserstahl befinden und somit für den verwendeten Laser transparent sein. Der Detektor wurde daher aus einem Glasplättchen mit einer leitenden Beschichtung aufgebaut. Die auftreffenden Neutralteilchen schlagen Sekundärelektronen aus der dünnen Beschichtung welche dann mittels geeigneter Ionenoptik zu einem Elektronenvervielfacher gelenkt und nachgewiesen werden. Des Weiteren wurde ein geeigneter Messaufbau installiert um den neuen Detektor zu testen. Der Messaufbau wurde dabei so realisiert, dass er sich auch für die Messung der Effizienz der selektiven Isobarenuterdrückung von ILIAS eignet. Um die Funktionsfähigkeit des Detektors zu überprüfen, wurden 12C(-)- beziehungsweise 12CH(-)-Ionen durch Laser-Photodetachment neutralisiert. Die Ergebnisse dieser Messungen zeigen, dass der Messaufau und der Neutralteilchendetektor funktionieren und die erwarteten Anforderungen erfüllen. Der Detektor hat eine Zeitauflösung von <10 ns FWHM und eine maximale Zählrate von 5.000.000 cps. Das Hintergrundsignal ist aufgrund der Neutralisation von Ionen durch Kollisionen mit Restgas in erster Linie vom Vakuum abhängig und für 12CH(-) deutlich höher als für 12C(-).

Abstract

(Englisch)

The aim of this thesis was to design and to construct a neutral particle detector for ILIAS (Ion Laser InterAction Setup) and to perform a test measurement using an appropriate detection setup. ILIAS was developed at the University of Vienna at the Faculty of Physics, Isotope Research and Nuclear Physics, to explore selective optical filtering of negatively charged ions via laser photodetachment. A negative ion beam spectrometer provides mass separated negatively charged ions comparable to the low energy side of an AMS facility. This particle beam is overlapped collinearly with a laser beam, hence, negative ions with electron affinities below the laser energy can be neutralized and subsequently filtered using an electrostatic beam bender. In this way ILIAS combined with an AMS facility opens up a new promising method for isobar suppression. The neutral particle detector is required in order to measure the efficiency of selective suppression with ILIAS. For this purpose the ion beam is overlapped with a laser beam for a second time after the electrostatic beam bender to determine the fraction of the remained unwanted isobars. As the produced neutrals cannot be deflected by electric or magnetic fields the detector has to be positioned in the axis of the laser beam and, thus, be transparent for the used laser light. Hence, the detector is composed of a conductively-coated glass plate. When particles impinge on the glass plate secondary electrons are ejected. The emitted electrons are detected using a suitable ion optical system and a channel electron multiplier. Furthermore, an appropriate setup was installed in order to test the new detector. The setup was designed in such a way that it can be additionally used for the measurement of the efficiency of selective isobar suppression with ILIAS. The correct operation of the detector was tested by neutralizing 12C(-) and 12CH(-) ions, respectively, via laser photodetachment. The results show that the detection setup and the developed neutral particle detector work and fulfill the wanted requirements. The time resolution of the detector is <10 ns FWHM and the maximum count rate is 5.000.000 cps. The background signal depends mainly on the vacuum conditions since ions are also neutralized due to collisional detachment. The background signal by 12CH(-) is significantly higher than by 12C(-).

Autor*innen

Johannes Lahner

Haupttitel (Englisch)

A neutral particle detector for photodetachment studies

Paralleltitel (Deutsch)

Ein Neutralteilchendetektor für Photodetachment-Untersuchungen

Publikationsjahr

2014

Umfangsangabe

X, 63 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Robin Golser

Klassifikationen

33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,

33 Physik > 33.40 Kernphysik

AC Nummer

AC12060659

Utheses ID

29212

Studienkennzahl

UA | 066 | 876 | |

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