Apparative Entwicklungen

 

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Aufbau eines 10m-normal-incidence Monochromators bei BESSYII mit einer der weltweit geringsten Bandbreiten für Photonenenergien zwischen 15 eV und 40 eV

Für die Projekte mit Synchrotronstrahlung (Untersuchung der Neutraldissoziation von Molekülen, Untersuchung von Elektronenkorrelationen in Atomen) wird eine Lichtquelle zur Anregung der Atome oder Moleküle benötigt, die drei wesentlichen Anforderungen genügen muß:

  1. Sie muß über einen größeren Energiebereich abstimmbar sein
  2. Sie muß über einen hohen Photonenfluß bei Photonenenergien zwischen 15 eV und 40 eV verfügen
  3. Sie muß eine sehr geringe Bandbreite der anregenden Photonen besitzen
Wegen Anforderung 1 und der hier benötigten Photonenenergien können für diese Projekte Laser nicht oder nur sehr eingeschränkt benutzt werden. Deshalb muß hier Synchrotronstrahlung für die Experimente benutzt werden. Sie liefert den nötigen Photonenfluß und ist darüber hinaus in weiten Energiebereichen durchstimmbar. Die oben beschriebenen Projekte werden deshalb bei BESSY II durchgeführt. BESSY II selbst stellt verschiedene Monochromatoren zur Dispersion der kontinuierlichen Synchrotronstrahlung zur Verfügung, die von den verschiedenen Nutzergruppen benutzt werden, um ihre Experimente durchzuführen. Diese Monochromatoren sind jedoch nicht immer für alle Experimente geeignet. Für unsere speziellen Anwendungszwecke wird deshalb ein eigener Monochromator von uns gebaut (in Kooperation mit BESSY und der FU-Berlin), der in dem für uns interessanten Energiebereich eine der weltweit kleinsten Bandbreiten erzielen soll.

Die kleine Bandbreite wird durch einen 10m-normal-incidence Monochromator erreicht, der 10m lange Arme zwischen Eintritts- bzw. Austrittsspalt und dem Beugungsgitter besitzt. Durch diese langen Arme muß der Drehwinkel des Gitters so genau wie irgend möglich kontrolliert werden. In unserem Design wird dies durch ein Laserinterferometer verwirklicht, welches praktisch "online" den Drehwinkel des Gitters mißt. Dadurch kann gegebenenfalls der Gitterdrehwinkel nachgeregelt werden, so daß die angestrebte Positioniergenauigkeit des Gitterwinkels bei 0,01" liegt. Dies sind technische Anforderungen wie sie bisher noch kaum verwirklicht wurden. Eine Schemazeichnung des optischen Layouts für den Monochromator ist in obiger Abbildung zu sehen.

Klicken zum Vergrößern Der 10m Monochromator wird praktisch in allen Teilen in unserer Gruppe konstruiert und in den hiesigen zentralen Metallwerkstätten gebaut. Die enge Zusammenarbeit zwischen Metallwerkstatt und unserer Gruppe machte die Durchführung dieser Aufgabe im vorgegebenen Kostenrahmen erst möglich und es soll hier ausdrücklich betont werden, daß dieses Projekt ohne die sehr professionelle Zusammenarbeit mit der Metallwerkstatt nicht durchführbar gewesen wäre.
BESSY zeichnet verantwortlich für das Layout der optischen Komponenten und für die Implementierung der Computersteuerung (muß an BESSY internes System angepaßt werden) und die FU-Berlin stellt die Vakuumkomponenten (Pumpen, Ventile, Ausheizsystem) bei.

Der erste Meilenstein des Projekts war die Installation der Spiegelkammern M3 und M4, der kompletten Ständerung und eines 6m langen Vakuumteilstücks zwischen Gitterkammer und Spaltekammer im Mai 2000. Um das erforderliche Ultrahochvakuum zu erzielen, wurden die drei 2 m langen Teilstücke mit feinem Reinstgolddraht gedichtet. Dieses Teilstück mit rechteckigem Querschnitt ist in bereits aufgebautem Zustand in nebenstehender Abbildung zu sehen (ebenso wie die Ständerung des Rohres und die Ständerung der Medienversorgung (d.h. elektrische Kabel, Druckluftschläuche, Kühlwasser).

Bilder

Status / Projektverlauf

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