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Cold Intense Electron Beams from Gallium Arsenide Photocathodes

Weigel, Udo

German Title: Kalte intensive Elektronenstrahlen aus Gallium Arsenid Photokathoden

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PDF, German
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Abstract

Für die Anwendung von Gallium Arsenid mit negativer Elektronenaffinität als Quelle kalter intensiver Elektronenstrahlen wurde die Elektronentransmission des Halbleiter-Vakuum Übergangs mittels der Messung von Energieverteilungen der photoemittierten Elektronen untersucht. Es konnte durch eine verbesserte Transmission die Ausbeute an kalten Photoelektronen mit einer Aktivierung von nur 0.7 Monolagen Cäsium Bedeckung um 30-50% gegenüber konventioneller Aktivierung gesteigert werden. Bei der Beschränkung der Photoelektronenverteilung auf den mit der GaAs-Temperatur thermalisierten Teil bei 77 K wurde für Photokathoden mit reproduzierbar hohen Quantenausbeuten eine Ausbeute an kalten Elektronen von 1.3-1.5% erzielt. Der Einsatz dieser Elektronenquelle in der neuen Elektronentargetsektion des Heidelberger Schwerionenspeicherrings TSR mit Elektronenströmen von etwa einem Milliampere erfordert bei den erreichten Quantenausbeuten für kalte Elektronen ein Beleuchtung mit bis zu einem Watt Laserleistung. Die sich bei hoher Laserleistung ergebende sehr starke Aufheizung des GaAs konnte mit dem Bau einer neuen Elektronenkanone deutlich reduziert werden, was ihren Betrieb bei hohen Elektonenströmen (> 1 mA) ermöglicht und die Photokathode bei Temperaturen um 95 K stabilisiert. Desweiteren wurde mit der Implementierung einer neuen, im Vakuum anwendbaren Grundreinigungsmethode der Photokathoden mittels atomarem Wasserstoff praktisch ein geschlossener Betriebszyklus der Photokathoden unter Vakuum ermöglicht.

Translation of abstract (English)

For the application of gallium arsenide with negative electron affinity as a source of cold intense electron beams, the transmission of the GaAs-vacuum interface was studied by measurements of the photoelectron energy distribution. It was found that the yield of cold electrons was increased by 30-50% for activations with only 0.7 monolayers of cesium coverage in comparison to conventional activations. For that part of the photoelectron distribution which is thermalized with the GaAs bulk temperature at 77 K a yield of cold electrons of 1.3-1.5% could be achieved for photocathodes with reproducible high quantum efficiencies. The operation of this electron source in the new electron target section of the Heidelberg heavy-ion storage ring TSR with electron currents of about one milliampere requires at the achieved cold electron yield a laser illumination of up to 1 W. The resulting strong cathode heating was reduced in a new electron gun arrangement. It enables us to operate at high electron currents (> 1 mA) and to stabilize the GaAs-temperature at about 95 K. Furthermore, with the implementation of a new in-vacuum cleaning technique based on atomic hydrogen it is made possible to operate the photocathodes in a practically closed cycle continuously under vacuum.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Andreas
Date of thesis defense: 26. November 2003
Date Deposited: 18. Mar 2004 12:17
Date: 2003
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Elektronenstrahl, Speicherring
Uncontrolled Keywords: GaAs(Cs,O) , Photokathode , Kalte Elektronenstrahlen , ElektronenkanoneGaAs(Cs,O) , Photocathode , Cold Electron Beams , Electron Gun
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