Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

5.3. Die Ionenerzeugung 39
Beschu mit Elektronen, die man durch Glhemission aus einem Wolframdraht erhlt. Diese Methode
ist fr Atome mit nicht zu hohem Siedepunkt gut geeignet. Beide Methoden sind nicht
isotopenselektiv, daher ist die Verwendung einer isotopenreinen oder zumindest angereicherten
Quelle notwendig. Alle ungewollten Isotope und sonstige Verunreinigungen knnen auch
gespeichert werden, wenn ihre Speicherparameter innerhalb des Stabilittsbereichs liegen. Ein
spteres Entfernen dieser Verunreinigungen ist darber hinaus nur durch Makrofrequenzanregung
mglich. Das funktioniert aber nur effektiv, wenn der Massenunterschied nicht zu gering ist.
Da man nicht fr alle Ionen - besonders bei instabilen oder seltenen Isotopen - geeignete Proben
prparieren kann, mu man gegebenenfalls auf die Photoionisation zurckgreifen. Diese gute
Methode erlaubt, die Falle isotopenselektiv zu laden. Allerdings braucht man zustzliche Laser.
Man braucht ein oder zwei Laser, um die Atome in einem Ein- oder Zweistufenproze zu ionisieren.
Diese Methode wurde von Kjærgaard et al. [117] verwendet, um Ca + - und Mg + -Ionen in
eine Paulfalle zu laden und gemeinsam zu speichern. Man hat bei dieser Methode als Parameter,
welche die Ionenerzeugung bestimmen, die Verstimmung der Ionisationslaser gegenber der
Resonanz, die Laserintensitt und den Atomflu. Durch geeignete Wahl dieser kann man relativ
einfach die passende Ionenzahl prparieren und auch groe Ensembles mit hoher Reinheit herstellen.
Im Rahmen der Experimente dieser Arbeit wurde die Methode der Elektronenstoionisation
eingesetzt. Um Ionen zu erzeugen wird ein Atomstrahl in der Falle mit Elektronen ionisiert. Der
Atomstrahl wird durch Heizen eines Ofens erzeugt. Dieser besteht aus einem Keramikzyklinder
mit vier Bohrungen, von denen man durch drei einen Wolframdraht fdelt. In die vierte Bohrung
wird metallisches Calcium in Form von Granulat gefllt. Auch die seltenen Isotope sind teilweise
in metallischer Form verfgbar, leichter und billger sind sie aber meist in Verbindugen z.B. als
Ca-Carbonat erhltlich. Auch daraus kann man mit der gleichen Methode Ionen erzeugen, wie
an Hand einer 44 CaCO 3 -Probe getestet wurde. Der Wolframdraht wird auf etwa 3A geheizt, so
da der Draht wei glht. Die aus dem Heizdraht austretenden Elektronen gelangen teilweise in die
Falle, wo sie durch das Fallenfeld beschleunigt werden knnen, und ionisieren durch Ste die Atome.
Daher braucht man nicht unbedingt eine zustzliche Elektronenkanone. Typischerweise erhlt
man nach etwa 3-5 Minuten Heizen (auf etwa 3A) einige Ionen. Durch die Variation der Zeit, fr
die man den Ofen glht, kann man relativ gut die gewnschte Ionenzahl einstellen. Zur Erzeugung
eines einzelnen Ions versucht man durch Reduktion der Erzeugungszeit die Ionenzahl passend
einzustellen. Da dies allerdings nicht immer funktioniert, mu man anschlieend durch Variation
der Speicherparameter (Amplitude des Speicherfelds) versuchen, berzhlige Ionen aus der Falle
zu entfernen. Man kann dabei wahlweise den a- oder q-Parameter getrennt variieren. Man mu
aufpassen, da man keine nichtlineare Resonanz oder den Rand des Speicherbereichs erreicht,
da man dann leicht totalen Ionenverlust erleidet. Man kann auch durch Blauverstimmen des
Khllasers versuchen Ionen durch Laserheizen zu entfernen. Seit kurzem wird zustzlich ein anderer
Ofentyp verwendet. Dabei wird das Calcium als Pulver in ein Tantal-Rhrchen mit einem
Durchmesser von ca. 1mm gefllt, Das Rhrchen hat eine Wandstrke von nur 0,1mm. An dieses
Rhrchen wird ein Tantaldraht durch Punktschweien angebracht. Dann kann man das gesamte
Rhrchen heizen, indem man einen Strom von ca. 2,5A durch das System schickt. Die Calciumatome
knnen dann ebenfalls durch Elektronensto ionisiert werden. Da allerdings der Strom fr
diesen Draht relativ gering ist, sollte man eine separate Elektronenkanone haben. Experimentell
hat sich gezeigt, da auch ein wesentlich einfacheres Design ebenfalls zu guten Ergebnissen fhrt.
Dabei wird auf das Anschweissen des Drahtes verzichtet, dafr wird ein Wolframdraht durch das
Rhrchen gefdelt und das Rhrchen am Ende zusammengepresst. Durch Heizen des Drahtes erhlt
man hier wiederum direkt Elektronen und nach einer im Vergleich zu den Keramikfen wesentlich
krzeren Zeit von unter einer Minute Ionen. Vermutlich ist dies auf die geringere thermische
Trgheit zurckzufhren. Das Metallrhrchen befindet sich in einem Marcorzylinder, um es vom
Ofenhalter zu isolieren.