Titelaufnahme

Titel
Ion guiding through insulating glass capillaries / Elisabeth Gruber
VerfasserGruber, Elisabeth
Begutachter / BegutachterinAumayr, Friedrich ; Kowarik, Gregor
Erschienen2012
Umfang87 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Ion guiding / Mikrokapillare / hochgeladene Ionen
Schlagwörter (EN)Ion guiding / microcapillary / highly charged ions
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-58581 Persistent Identifier (URN)
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Ion guiding through insulating glass capillaries [8.18 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem sogenannten "capillary guiding" Effekt, der erstmals 2002 in der Literatur erwähnt wird.

Der "guiding" Effekt kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:

Treffen hoch geladene Teilchen unter einem Kippwinkel auf die Innenseite einer isolierenden Kapillare, werden sie vor dem Auftreffen auf die Oberfläche neutralisiert. Die Nettoladung bleibt an der Oberfläche und wird allmählich durch Ladungstransport abgebaut.

Durch die verbleibende Nettoladung wird ein elektrisches Feld aufgebaut, das die nachfolgenden Projektile ablenkt. Daraufhin wechselwirken diese an einer anderen Stelle mit der Oberfläche. Die in einem selbstorganisierenden Prozess entstehenden Ladungsansammlungen führen letztendlich zur Transmission der Projektile durch die Kapillare. Dabei bleibt der ursprüngliche Ladungszustand der einfallenden hoch geladenen Ionen erhalten, was darauf schließen lässt, dass die transmittierten Projektile nie in direkten Kontakt mit der Kapillarinnenoberfläche kommen. Der Kippwinkel ist dabei deutlich größer als der durch die Kapillargeometrie gegebene Transmissionswinkel.

Der erste Teil dieser Arbeit untersucht die Stärke des "Guidings" eines etwa 1 cm langen zylinderförmigen Glasröhrchens mit einem Druchmesser von etwa 100 [my]m für mehrfach geladene Ar-Ionen in Abhängigkeit vom einfallenden Ionenstrom und der Leitfähigkeit der Kapillare. Letztere kann durch Temperaturänderungen zwischen -25C und +90C um mehr als vier Größenordnungen variiert werden. Außerdem wird besonderes Augenmerk auf den transmittierten Ionenstrom bei Temperaturen unter Raumtemperatur gelegt.

Die Messungen zeigen, dass mit ansteigender Temperatur die Stärke des "Guidings" abnimmt und ab Temperaturen oberhalb von etwa 75C die Transmissionskurve mit der von der Geometrie der Kapillare bestimmten Transmissionkurve zusammenfällt.

Dasselbe Verhalten kann durch Verringerung des einfallenden Ionenstrahls bei konstanter Temperatur erreicht werden.

Während bei höheren Temperaturen die Position des transmittierten Ionenstrahls über Stunden nahezu konstant bleibt, wandert der Strahl bei Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur beträchtlich über die Detektorfläche.

Im zweiten Teil wird die gerade verlaufende Kapillare durch eine etwa 5 cm lange konisch verlaufende (Eingangsdurchmesser: 800 [my]m; Ausgangsdurchmesser: 80 [my]m) Glaskapillare ersetzt. Wiederum werden die Auswirkungen der Temperaturänderung zwischen Raumptemperatur und etwa +90C auf den "Guiding" Prozess untersucht. Dabei zeigt sich bei Raumtemperatur ein Einbruch der Transmissionskurve in Geradeausrichtung, der bei geheizter Kapillare nicht mehr beobachtet werden kann. Außerdem zeigt sich, dass im Vergleich zu niederen Temperaturen beträchtlich weniger Ionen durch die Kapillare transmittiert werden.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the so called `capillary guiding' effect, which has been mentioned in the literature for the first time in 2002.

The guiding effect can be described in the following way:

Whenever highly charged ions impinge on an insulating capillary, which is tilted with respect to the beam axis, they become neutralised when hitting the inner surface of the capillary. The deposited charges, which are gradually removed by conductivity, cause an electric field. By this the following projectiles are deflected and interact with the surface at another location. In a self-organized process charge patches are produced and the incoming particles are transmitted through the capillary. The transmitted ions remain in their high charge state, which shows that the projectiles do not get into close contact with the inner wall. Moreover the projectiles are transmitted under angles of incidence much larger than the possible geometric transmission angle, preferentially along the capillary axis (`guiding').

The focus of the first part of this thesis lies on the variation of the strength of the guiding of a straight glass capillary (1 cm long, with an inner diameter of about 100 [my]m) in dependency of the incoming ion flux and the electrical conductivity of the capillary.

The latter can be changed when varying the temperature between -25C and +90C by more than four orders of magnitude. Moreover the transmitted ion beam at very low temperatures is investigated in more detail.

The measurements show, that the increase of the temperature decreases the guiding effect and at temperatures above 75C the transmission curve corresponds to the geometric transmission through the capillary. The same behaviour is achieved by decreasing the incident ion beam flux at constant temperature.

While at higher temperatures the position of the transmitted ion beam spot is stable over hours, a random motion of the beam spot across the detector can be observed at lower temperatures.

In the second part of this thesis the straight capillary is replaced by a 5 cm long tapered capillary (inlet diameter: 800 [my]m; outlet diameter: 80 [my]m). For this capillary the guiding process is also studied by variation of the sample temperature between room temperature and +90C. At room temperature a drop of the ion transmission in forward direction is observed, which vanishes at higher temperatures. At the same time a decrease of transmitted ions in forward direction can be noticed in comparison to lower temperatures.