Das elektrische Massenfilter als Isotopentrenner
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FORSCHUNGSBE RICHTE DES Wl RTSCHAFTS- UND VE RKE H RSMI NISTE Rl UMS NORD RHEIN- WESTFALEN Herausgegeben von Staatssekretär Prof. Dr. h. c. Leo Brandt
Nr. 450 Prof. Dr.-lng. Wolfgang Paul Dipi.-Phys. Hans Peter Reinhard Physikalisches Institut der Universität Bonn
Das elektrische Massenfilter als Isotopentrenner
Als Manuskript gedruckt
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
ISBN 978-3-663-03352-3 DOI 10.1007/978-3-663-04541-0
ISBN 978-3-663-04541-0 (eBook)
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G l i e d e r u n g
. . . . . . s. .... . s.
I. Ziel der Arbeit II. Theoretische Grundlagen •• 1. Bewegung geladener Teilchen im Vierpolfeld 2. Die Filterwirkung-des Vierpolfeldes
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. • s. . s.
5 9
. . . . . . . . s.
10
3. Der Einfluß der Anfangsbedingungen auf die Maximalamplituden 4. Der Einfluß von Störungen des elektrischen Feldes auf die Bewegung im Vierpolfeld
• • • • • • • • • • S. 14
a} Allgemeines Verhalten bei periodicshen Störungen • b) Verhalten bei einem Vierpolzusatzfeld c) Verhalten bei homogenem Zusatzfeld ••
. . . . . s. . . . . . . s. . s.
14
15 16
5. Der Einfluß der Raumladung auf die Ionen-
. s. 19
bewegung im Vierpolfeld • III. Aufbau der Apparatur • 1. Dimensionierung des Vierpolfeldes • 2. Aufbau des Systems
...
22
22 22
.... .... . ....... . ........... 5. Vakuum . . . . 6. HF-Teil . . ..... ........ Maßergebnisse . . . . .... . s. Messungen bei U/V=0,17 .... • s.
28
2. Messungen mit Zusatzfeld
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3. Ionenquelle 4. Messung des Ionenstromes.
IV.
. . . . . • s. . s. . . . . s. s. s. s. s.
1•
. . . s.
3. Messungen mit großen Ionenströmen •
....
V. Zusammenfassung VI. Literaturverzeichnis ••
Seite
3
23 23 26 26 28
. . s.
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. s.
42
. s.
44
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
I.
Ziel
d
e r
A r b e i t
Das elektrische Massenfilter von PAUL und STEINWEDEL [1] hat in seiner ersten Ausführung von PAUL und RAETHER [2] mit Strömen in der Größenordnung von
1~A
gearbeitet. Das verwendete Vierpolfeld hatte dabei folgende
Ausmaße: Länge des Feldes 50 cm, Durchmesser der zylindrischen Elektroden = Durchmesser des wirksamen Feldes 1 cm. Bei gutem Auflösungsvermögen war die Transmission klein, d.h. am Auffänger konnten nur etwa 0,1 %des eingeschossenen Ionenstromes gemessen werden, also rund 10- 9 A. Der Zusammenhang zwischen dem Strom am Auffänger und der gesammelten Substanzmenge wird durch folgende Gleichung gegeben, wenn wir den Auffängerstrom in A mit I und die Zahl der in 24 h gesammelten Mole mit n bezeichnen, 96500 n = 86400 • I= 1,11. I 1 mg Substanz vom Atomgewicht 90 erfordert z.B. 24 h lang einen Strom von 10;UA am Auffänger. Um solche Ströme zu erhalten, braucht man bei einer Transmission der Anordnung von rund 10-3 Eingangsströme in der Größenordnung 10 mA. Sieht man von den Schwierigkeiten der Ionenquelle dabei ab, so ist zu erwarten, daß die erhebliche Raumladung den Trennprozeß stören wird. Das Massenfilter wird also nur dann für große Ströme brauchbar sein,
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