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A new Time-of-flight Spectrometer for Impact Generated Ions

Rashev, Mikhail

English Title: A new Time-of-flight Spectrometer for Impact Generated Ions

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Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines Flugzeitmassenspektrometers (Large Area Mass Analyzer, LAMA) zur chemischen Analyse von Staubteilchen im Weltraum. Dieses Instrument der naechsten Generation wird eine gro\ss e Detektorflaeche 0.1m^2 haben, um moeglichst viele Staubteilcheneinschlaege zu erhalten. Die Massenaufloesung von m/dm 100 erlaubt es, die haeufigsten in einem Staubteilchen enthaltenen Elemente zu identifizieren. Um den Einschlagsvorgang eines Hochgeschwindigkeitsteilchens zu untersuchen und um neu entwickelte Komponenten des Massenanalysators zu testen, wurde ein Labormodell entwickelt. Es verfuegt ueber ein Reflektron zur Kompensation der Anfangsenergie der Ionen. Eine Mikrokanalplatte dient als Ionendetektor. Der Large Area Mass Analyzer wurde simuliert. Die empfindliche Flaeche des Instruments betraegt ca. 0.1m^2. Die Massenaufloesung liegt im Bereich von 150 - 200. Verbesserungen in der Konstruktion erm\"oglichen den Einbau eines Trajektoriensensors zur Bestimmung von Geschwindigkeit und Masse der Teilchen. Zur geometrischen Konfiguration des Instruments wurden sowohl numerische Simulationen als auch analytische Berechnungen durchgefuehrt. Die Mikrokanalplatte und der neu entwickelte Ion-Elektron-Konverter bilden den Ionendetektor des LAMA.

Translation of abstract (English)

This thesis deals with the development of a time-of-flight mass spectrometer (Large Area Dust Mass Analyzer). This next generation instrument will have a large sensitive area (0.1m^2) in order to achieve a higher number of dust impacts and a mass resolution m/dm > 100 which allows the identification of the most abundant elements in a dust particle. In order to study the hypervelocity impact process as well as to apply new components for mass analyzer the laboratory set-up was built. It has a reflectron in order to compensate initial ion energies and a microchanel plate detector as an ion detector. A laboratory set-up of a high resolution mass analyzer is the first step to a Large Area Mass Analyzer and it was simulated using the $SIMION 7.0 software. This instrument allows to analyze the initial conditions of plasma ions upon a hypervelocity dust particle impact. First mass spectra show the mass resolution close to simulated ones. The Large Area Mass Analyzer has been simulated. The sensitive area of the instrument is about 0.1m^2. The mass resolution varies in the range 150-200. The design improvements allow us to incorporate the trajectory sensor in order to determine the velocity and mass of the dust particles. A simulating software as well as analytical calculations were applied in order to obtain the geometrical configuration. Both a microchannel plate detector and an ion-to-electron converter were designed for the ion detector.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Gruen, Eberhard
Date of thesis defense: 16. February 2005
Date Deposited: 04. May 2005 09:19
Date: 2005
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Kosmischer Staub
Uncontrolled Keywords: Cosmic dust
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