Untersuchungen zur Feldemission in supraleitenden Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC mit Hilfe der Röntgenspektroskopie und Vergleich mit herkömmlichen Methoden

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Feldemission in zwei supraleitenden Beschleunigungsstrukturen des S-DALINAC-Injektors, die von der Emission von Licht im sichtbaren Bereich begleitet wurde. Erstmals in diesem Zusammenhang konnte durch den Einsatz eines Röntgendetektors im Strahlvakuum auch Emission charakteristischer Röntgenstrahlung beobachtet werden. Mit verschiedenen Methoden wurden Feldemission, Emission von Licht und Emission charakteristischer Röntgenstrahlung untersucht. Dabei sind zunächst die Bereiche bestimmt worden, in denen die feldemittierten Elektronen wieder auf die Wand der Struktur trafen, und die, in denen sich die auf Kreisen angeordneten, Licht emittierenden Zentren befanden. Da Elektronen bei der Wechselwirkung mit Materie Bremsstrahlung emittieren, wurde zur Bestimmung des Bereiches, in dem sie auf die Wand trafen, sowohl die Dosisleistung mit handelsüblichen Dosisleistungsmessgeräten als auch die Bremsstrahlungsintensität mit einem hochreinen Germaniumdetektor entlang des Injektors gemessen. Die Licht emittierenden Zentren wurden mit einer motorgesteuerten CCD-Kamera beobachtet und ihre Position innerhalb der Struktur mit einer eigens entwickelten Methode zur Abstandsbestimmung lokalisiert. Dabei ergab sich, dass die Bereiche maximaler Dosisleistung und Bremsstrahlungsemission sowie die der Lichtemitter alle zusammenfallen. Für die Dosisleistung, die Intensität der Bremsstrahlung und erstmals auch für die Intensität der charakteristischen Röntgenstrahlung konnte eine Fowler-Nordheim-Charakteristik nachgewiesen werden. Dabei eignete sich vor allem die Methode der Röntgenspektroskopie für eine zuverlässige Bestimmung des Feldüberhöhungsfaktors. Neben der Beobachtung der Licht emittierenden Zentren mit einer CCD-Kamera wurden die Intensität und die spektrale Verteilung des Lichts mit einem Photomultiplier und einem Farbglasfilter-Satz untersucht. Aus diesen Messungen ergab sich, dass vermutlich Staubteilchen, die sich auf einer Irisblende in der Struktur befanden, durch dielektrische Verluste der in die Struktur eingekoppelten Hochfrequenzleistung auf ca. 1200 K erhitzt und so zur Lichtemission angeregt wurden. Die für eine Struktur durchgeführten Bahnverfolgungsrechnungen und alle übrigen Ergebnisse deuten daraufhin, dass diese glühenden Partikel auch die Quellen der Elektronenemission sein dürften. Nach einer chemische Reinigung und dem Ausheizen bei ca. 1170 K einer Struktur wurde bei dieser bis zu einer Beschleunigungsfeldstärke von 6,5 MV/m keine Feldemission und die sie begleitende Emission von Licht und Röntgenstrahlung festgestellt.