Charakterisierung des Prototyps der HochfrequenzIonenquelle für den Felsenkeller-Beschleuniger

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1 Charakterisierung des Prototyps der HochfrequenzIonenquelle für den Felsenkeller-Beschleuniger

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Versuchsaufbau Messungen Seite 2 Druckabhängigkeit Strahlanalyse Senderleistungsabhängigkeit Anodenspannungsabhängigkeit Plasmadichte Zusammenfassung Ausblick

3 Einleitung Ziel der nuklearen Astrophysik: Verständnis von Kernreaktionen in den Sternen Dazu notwendig: 1. Experimente mit niedrigem Untergrund 2. Großer Energiebereich der Beschleuniger 3. Hohe Strahlintensität realisiert im geplanten Felsenkellerbeschleuniger Seite 3

4 He(α,γ)7Be - Reaktion 3 Große Rolle in der Urknallnukleosynthese, sowie Kernfusion in der Sonne Genauere Bestimmung des Wirkungsquerschnittes notwendig für: Messung von Neutrinos zur Erkundung des Sonnenkerns Lösung des 7LiProblems Seite 4

5 Untersuchtes Gas: Helium Warum? Wichtige Rolle bei Reaktionen in Sternen: Wasserstoffbrennen 3He(α,γ)7Be Heliumbrennen 12C(α, γ)16o 16O(α, γ)20ne 18O(α, γ)22ne Wasserstoffionenstrahl bereits durch Sputterionenquelle vorhanden Argon eher für Industriezwecke vonnöten Seite 5

6 Versuchsaufbau Seite 6

7 Versuchsaufbau Seite 7

8 Seite 8

9 Radiofrequenzsender Beruht auf dem Prinzip eines astabilen Multivibrators Herzstück der Ionenquelle Regelbar durch eine Gleichspannung von bis zu 720 V liefert Leistung von 60 W Elektromagnetisches Feld beschleunigt freie Elektronen, Ionisation des Heliums durch Stöße dieser Elektronen mit Heliumatomen Seite 9

10 Messungen Alle Messungen durchgeführt mit einer Sekundärelektronenunterdrückung von 100 V und einer Extraktionsspannung von 5 kv Untersucht wurden drei Parameter: Anodenspannung, Senderleistung, Druck im Quellglas Seite 10

11 Durch defektes Quellglas wesentlich niedrigerer Ionenstrom Erklärbar durch fehlende Isolation an der Stelle des Defekts Seite 11

12 Druckabhängigkeit Unterschiedliche Plasmafarben für unterschiedlich hohen Druck Zwei Maxima des Ionenstromes, eines bei niedrigen, eines bei mittleren Druckverhältnissen Strahlanalyse notwendig, um herauszufinden, welche Ionen beschleunigt werden Seite 12

13 Druck Maß für die Anzahl der ionisierbaren Teilchen Mehr Teilchen kürzere freie Weglänge der Elektronen Variation der Anodenspannung: keine Änderung charakteristischer Punkte Seite 13

14 Für verschiedene Senderleistungen: Verschiebung der Maxima des Ionenstromes Höhere Senderleistung niedriger Druck Seite 14

15 Strahlanalyse Ionenart H+ 1 1 Seite 15 Aus Gleichsetzen von Lorentzund Radialkraft: 4 He+ 2 B+ 11 3,3 Wasserstoff aus Ausgasungen aus dem Quellglas Bor als Bestandteil des Quellglases (vermutlich Borsilikat)

16 Abhängigkeit des Ionenstromes von der RF - Senderleistung Höhere Senderleistung stärkeres elektromagnetisches Feld, intensiveres Leuchten des Plasmas Eng verknüpft mit Quellglasdruck Seite 16

17 Anodenspannungsabhängigkeit Bestimmt die Fokussierung des Ionenstrahles durch den Extraktionskanal Anstieg des Ionenstromes bis zum optimalen Fokus, danach Abfall durch Überfokussierung Unkorreliert mit Senderleistung und Druck Seite 17

18 Plasmadichte Druck und Senderleistung bestimmen Plasmadichte, weisen enge Verknüpfung auf Maxima im unteren Diagramm implizieren Zusammenhang Linearer Fit ergibt indirekte Proportionalität: Seite 18

19 Zusammenfassung Bestimmte Betriebsparameter: pq = 1,19 mbar PRF = 61 W URF = 720 V Aussage über optimale Anodenspannung nicht möglich Anodenspannung ist unabhängig von Druck und RF-Leistung Druck und RF-Leistung sind korreliert Seite 19

20 Ausblick Auswirkungen des Quellglasdefektes zu untersuchen Einbau in den Beschleuniger (neue Netzteile, 30 Deflektor) Verbesserung der Fokussierung Seite 20

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