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Measurement of ion residence times in the ILIAMS cooler with a new multi-beam switcher
Felix Maximilian Albrecht
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Robin Golser
Mitbetreuer*in
Martin Martschini
DOI
10.25365/thesis.75460
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-31391.87309.285675-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der Ionenkühler ILIAMS (Ion-Laser InterAction Mass Spectrometry), der am VERA (Vienna Environmental Research Accelerator) entwickelt wurde, spielt eine entscheidende Rolle bei der Isobarentrennung von Isotopen, die für Beschleunigermassenspektrometriesysteme mittlerer Energie typischerweise unzugänglich sind. Durch die Kombination eines gasgefüllten RFQ-Ionenkühlers mit Hochleistungslasern unterdrückt ILIAMS unerwünschte isobare Anionen durch Laser-Photodetachment. Die Effizienz der Unterdrückung wird durch die Verweilzeit der Ionen im Kühler begrenzt, die hauptsächlich durch den Puffergasdruck und die Feldstärke des Leiters variiert werden kann. Bisher wurde der Ionenstrahl mit einem Dipolmagneten in den Kühler injiziert, was ein schnelles Umschalten zwischen den injizierten Massen verhindert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Hilfe von Simulationen ein neuer Multi-Beam-Switcher (MBS) konstruiert. Das Anlegen einer Hochspannung an die elektrisch isolierte Vakuumkammer im Inneren des Magneten führt zu einer Beschleunigung und damit zu einem veränderten Ablenkwinkel der Ionen. Mithilfe eines Schaltnetzteils lässt sich die Spannung mit 134 V/μs ändern, sodass nahezu instantan zwischen verschiedenen Isotopen gewählt werden kann, die in den Kühler injiziert werden. Dies kann in Zukunft genutzt werden, um die Genauigkeit der ILIAMS-Messungen an VERA zu erhöhen. Zum ersten Mal wurden mit dem MBS Messungen der Ionenverweilzeitverteilung unter Gleichgewichtsbedingungen durchgeführt. Durch sequentielle Injektion der stabilen Isotope Cl-35(—) und Cl-37(—), gefolgt von einer Massentrennung durch einen Wien-Filter, wurden die Aufbau- und Auswaschfunktionen der beiden Ionenspezies beobachtet. Der etwa dreimal so starke Cl-35(—)-Strahl drückte die zuvor injizierten Cl-37(—)-Ionen mit geringerem Strom durch den Kühler, was zu einem Peak in der Auswaschfunktion führte. Dies ermöglichte die direkte Beobachtung von Raumladungseffekten innerhalb des ILIAMS-Kühlers.
Abstract
(Englisch)
The ILIAMS (Ion-Laser InterAction Mass Spectrometry) ion cooler, developed at VERA (Vienna Environmental Research Accelerator), plays a pivotal role in providing isobar separation for isotopes that are typically inaccessible to mid-energy accelerator mass spectrometry systems. By combining a gas-filled RFQ ion guide with high-powered lasers, ILIAMS suppresses unwanted isobaric anions via laser photodetachment. The suppression efficiency is limited by the ion residence time inside the cooler, which can be varied mainly through the buffer gas pressure and the guiding field strength. So far, the ion beam has been injected into the cooler using a dipole magnet, which prohibits fast switching between the injected mass. As part of this thesis, simulations aided in the design and construction of a new multi-beam switcher (MBS). The application of a high voltage to the electrically insulated vacuum chamber inside the magnet leads to an acceleration and thus, a modified deflection angle of the ions. In the future, this can be used to increase the precision of ILIAMS-measurements at VERA. For the first time, measurements of the ion residence time distribution at equilibrium conditions were performed using the MBS. Through sequential injection of the stable isotopes Cl-35(—) and Cl-37(—), followed by mass separation by a Wien filter, the buildup- and washout functions of both ion species were observed. The about 3-times higher-current Cl-35(—) beam pushed the previously injected, lower-current Cl-37(—) ions through the cooler, yielding a peak in the washout function. This allowed for a direct observation of space charge effects inside the ILIAMS cooler.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Beschleunigermassenspektrometrie Ionenkühler Multi-Beam Switcher Verweildauer negative Ionen VERA
Schlagwörter
(Englisch)
accelerator mass spectrometry ion cooler multi-beam switcher residence time negative ions VERA
Autor*innen
Felix Maximilian Albrecht
Haupttitel (Englisch)
Measurement of ion residence times in the ILIAMS cooler with a new multi-beam switcher
Paralleltitel (Deutsch)
Messung der Verweildauer von Ionen im ILIAMS-Kühler mit einem neuen Multi-Beam Switcher
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
X, 125 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Robin Golser
AC Nummer
AC17127953
Utheses ID
70197
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |