Photoelektron-Photoion-Koinzidenz- spektroskopie mit ...

52 Kapitel 1. Das Experiment
Justage und Transmission fur Elektron-Ion-Paare
Im Koinzidenzexperiment sollen Paare zusammengehoriger Elektronen und Ionen detektiert
werden. Gegenuber einem Experiment zum Nachweis nur einer Teilchensorte tritt dabei die
zusatzliche Schwierigkeit auf, zwei Spektrometer gleichzeitig auf dasselbe Ortsvolumen zu justieren,
um eine moglichst gro e " gemeinsame\ Transmission fur die Teilchenpaare zu erzielen.
Wegen der unterschiedlichen Analyseverfahren in CMA und TOF, die zu einem sequentiellen
Nachweis von Elektron und Ion fuhren, spielt zusatzlich die Dynamik der Analyse eine Rolle.
Die thermische Geschwindigkeit der Ionen fuhrt dazu, da sie sich von ihrem Entstehungsort
entfernen, was zu einer Verringerung der Transmission und damit zu einem partiellen
Informationsverlust fuhrt. Es ist daher zutre ender, von einer Justage der Spektrometer im
Orts-und-Geschwindigkeitsraum (Phasenraum) zu sprechen.
Abbildung 1.29 soll die geometrischen Verhaltnisse im Experiment illustrieren: Hierzu wird ein
Schnitt durch den Reaktionsraum in einer Ebene senkrecht zum Atomstrahl und parallel zum
Synchrotronlichtstrahl betrachtet (am besten veranschaulicht man sich die Lage der Schnittebene
anhand von Abbildung 1.1). Durch die Wechselwirkungszone von Atom- und Lichtstrahl
(Bildteil a.)) wird eine raumliche Intensitatsverteilung b.) fur die Entstehungsorte von Elektronen
und Ionen vorgegeben. Der Lichtstrahl mu so justiert werden, da ein moglichst gro er
raumlicher Uberlapp mit dem Akzeptanzbereich des CMA c.) entsteht. Die erzeugte Elektronenverteilung
wird so zu einer transmittierten Verteilung d.) reduziert, deren Intensitat in der
betrachteten Schnittebene aufgrund der geringen Transmission des CMA nur noch ca. 1 % der
erzeugten Intensitat ausmacht.
Verteilung d.) ist fur Koinzidenzmessungen besonders wichtig, denn sie gibt die zeitliche und
raumliche Startverteilung von Elektron-Ion-Paaren an, die zu wahren Koinzidenzen fuhren
konnen. Ob tatsachlich wahre Koinzidenzen registriert werden, hangt von der Fahigkeit des
TOF ab, nun auch noch die zugehorigen Ionen einzusammeln. Durch Multiplikation der Startverteilung
d.) mit der TOF-Transmission e.) erhalt man so schlie lich die Startverteilung f.)
wahrer Ionen, die am TOF-Detektor wahre Koinzidenzen auslosen konnen.
Idealerweise sollte die Eintrittsblende des TOF so gro gewahlt werden, da die Verteilung d.)
vollstandig transmittiert wird, damit keine wahren Koinzidenzen verschenkt werden. Im Beispiel
ergibt sich hier eine Transmission von 90 % ohne Berucksichtigung der TOF-Netze. (Fur eine
exakte Vorausberechnung der Transmission mu te naturlich die gesamte, dreidimensionale
Startverteilung berucksichtigt werden.)
Jede Vergro erung der TOF-Eintrittsblende erhoht zwar den Prozentsatz weiter, fuhrt aber
gleichzeitig zu einer uberproportionalen Steigerung der Transmission fur angesammelte, zufallige
Ionen (siehe Seite 50 .), die als Hintergrund den gesamten Reaktionsraum ausfullen.
Die starkere Lokalisierung der wahren Ionen gegenuber dem Hintergrund angesammelter Ionen
kann auch experimentell belegt werden. Dazu mu das TOF ohne Ortsfokussierung (vgl.
Abschnitt 1.2.3) betrieben werden, was durch Anlegen sehr kurzer Ziehpulse erreicht wird.
Ionen gleicher Ladung nehmen dann im Ziehfeld naherungsweise gleiche Energien auf, und