E1 – Massenspektrometrie am Ionenbeschleuniger

Aufgabe eines Massenspektrometers ist, die Masse von Atomen, Molekülen oder Atom-Clustern zu analysieren. Mit Hilfe von Massenspektrometern konnten die Massen von Atomkernen und daraus die Bindungsenergien der Nukleonen bestimmt werden. Heute ist die Massenspektrometrie eine wichtige Methode, um chemische Gasphasenprozesse zu analysieren. Die Beschleunigermassenspektrometrie (accelerator mass spectrometry - AMS) ermöglicht mit extrem hoher Empfindlichkeit die Analyse von Isotopenverhältnissen wie z. B. 12C : 14C und wird daher zur Datierung in der Archäologie eingesetzt. Schließlich werden in der Halbleiterfertigung Ionenbeschleuniger in Verbindung mit Massenselektion eingesetzt, um Halbleitermaterialien durch Ionenimplantation bestimmter massenselektierter Elemente zu dotieren.

Das Prinzip eines Massenspektrometers beruht meist auf der Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern. Die für eine gegebene spezifische Ladung q/m wohldefinierten Trajektorien werden dabei zur Massenselektion ausgenutzt. In manchen Fällen wird auch die Messung der Flugzeit als "Impulsfilter" zur Massenbestimmung eingesetzt. Die gebräuchlichsten Massenspektrometer sind das Sektormagnet-Massenspektrometer, das Flugzeit-Massenspektrometer, das Quadrupol-Massenspektrometer und das Wien-Filter.

Wir verwenden im Versuch ein Sektormagnet-Massenspektrometer, um das Massenspektrum von Ionen aus einer Gasentladung zu untersuchen und die Isotopenverhältnisse für verschiedene Elemente zu bestimmen. Mit einem Quadrupolmassenspektrometer analysieren wir schließlich das Restgas in einer Hochvakuumkammer. Nebenbei lernt man viel über Vakuumtechnik, Vakuumerzeugung und Vakuummessung.

II. Physikalisches Institut

Ansprechpartner: Prof. Dr. A. Quadt

EMail: aquadt (at) uni-goettingen.de

Büro: D 1.120

Versuch: D -1, im Keller, vor der geschlossenen Glastür im D-Flur, neben dem Aufzug