Fachbereich 11 - Physik
Institut für Kernphysik
Prof. Dr. J. Andrä

Konzeption und Konstruktion von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen

Elektronen-Zyklotron-Resonanz-(EZR)-Ionenquellen sind die einzigen Quellen, die ausreichende Ströme hoch geladener Ionen für die Forschung liefern. Für ihren Bau liegen empirisch gefundene Rezepte vor, während ihre Physik erst jetzt verständlicher wird und damit verbesserte Quellen erwarten lässt. Zu diesem physikalischen Fortschritt haben sowohl Simulationsrechnungen der Elektronendynamik im dreidimensionalen, sehr komplexen magnetischen Einschlußfeld und im Mikrowellenfeld dieser Quellen als auch die Simulation der Ionendynamik in diesen komplexen Strukturen wesentlich beigetragen, die in der Arbeitsgruppe entwickelt und durchgeführt wurden. Daraus resultierende neue Konzeptionen der Magnetfeldstruktur und der Mikrowelleneinkopplung waren zunächst in einer 6,7 GHz-Kompakt-EZR-Ionenquelle sehr erfolgreich, die sich durch eine magnetische Plateau-Struktur und damit durch ein auf die Mitte der Quelle konzentriertes Resonanzvolumen auszeichnete. Dieses neuartige Konzept wurde auf eine große 18 GHz-Plateau-EZR-Ionenquelle übertragen, die zusätzlich mit einer Vielfrequenz-EZR-Heizung ausgestattet wurde. Die erzielten Ionenströme haben, bezogen auf die eingekoppelte Mikrowellenleistung von nur 450 Watt, alle Rekorde geschlagen und kommen zum ersten Mal an die für technologische Anwendungen geforderten Stromdichten heran. Damit ist das neue Konzept für EZR-Ionenquellen hervorragend bestätigt und lässt sich auf noch größere und höherfrequente EZR-Ionenquellen mit noch höheren Stromdichten übertragen. Um dieses Ziel schon mit der 18 GHz-Quelle zu erreichen, wurden Versuche unternommen, die Ausbeute hoch geladener Ionen durch Ionen-Zyklotron-Resonanz-Heizung (IZRH) der unteren Ladungszustände zu erhöhen. Vorläufige Ergebnisse zeigen den gewünschten, relativen Effekt, der aber absolut zu keiner Verbesserung der bisherigen Rekorde führt. Da EZR-Ionenquellen als Ionenquellen für Großbeschleunigersysteme sehr vorteilhaft sind, wurde eine neuartige, magnetisch gepulste Extraktion (PUMAEX) zwecks Anpassung an die gepulste Akzeptanz dieser Beschleuniger entwickelt, die an der 6,7 GHz-Quelle sehr erfolgreich getestet wurde. Ihre Übertragung auf die 18 GHz-Quelle war ebenfalls erfolgreich, konnte aber wegen eines technische Defekts noch nicht optimiert werden

Drittmittelgeber:

GSI, BMBF

Beteiligte Wissenschaftler:

H.J. Andrä (Leiter), B. Albers, A. Heinen, M. Kahnt, L. Müller, L. Nowack, A. Täschner, Ch. Vitt, S. Wolosin

Veröffentlichungen:

L. Müller, A. Heinen, H.W. Ortjohann, and H.J. Andrä, "Magnetic Pulsed Extraction of Highly Charged Ions from a Plateau ECRIS", Rev. Sci. Instr. 73, 1140 (2002).

L. Müller, B. Albers, A. Heinen, M. Kahnt, L. Müller, L. Nowack, H.W. Ortjohann, A. Täschner, Ch. Vitt, S. Wolosin, and H.J. Andrä, "The New Münster 18 GHz Plateau ECRIS", Proc. of the 15th Intern. Workshop on ECR Ion Sources, Jyvaskyla, Finland (2002).

A. Heinen, Ch. Vitt, and H.J. Andrä, "Simulation of ECRIS", ibid.