Radiofrequenzquadrupol

Radiofrequenzquadrupol

 

[von englisch radio frequency »Hochfrequenz«], Hochfrequenzquadrupol, Linearbeschleuniger für Ionenstrahlen hoher Stromstärke im Bereich sehr niedriger Energien (etwa 40 keV bis 2 MeV), d. h. mit Teilchengeschwindigkeiten von etwa 1 bis 6 % der Lichtgeschwindigkeit. Bei solchen Geschwindigkeiten ist die elektrostatische Abstoßung der gleichsinnig geladenen Teilchen noch viel stärker als die gegenseitige Anziehung durch das vom Teilchenstrahl erzeugte Magnetfeld. Der Strahl muss daher stark fokussiert werden. Ein Radiofrequenzquadrupol ist so aufgebaut, dass er den aus einer Gleichspannungsionenquelle injizierten Teilchenstrahl gleichzeitig fokussiert, in Flugrichtung zu Teilchenpaketen bündelt und beschleunigt. Er besteht aus einem zylindrischen Hohlraumresonator, in dem in Längsrichtung vier Elektroden um 90º gegeneinander versetzt eingebaut sind und der in einer solchen Feldkonfiguration schwingt, dass gegenüberliegende Elektroden jeweils gleiche Polarität haben, die im Takt der Hochfrequenz wechselt (50 bis 400 MHz). Der Strahl wird dadurch einer elektrischen Quadrupolfokussierung mit alternierenden Gradienten unterworfen. Das zur Beschleunigung benötigte elektrische Längsfeld wird durch ein periodisches Verkippen des reinen Quadrupolquerfeldes erreicht, indem die Elektroden in Längsrichtung nicht glatt, sondern gewellt sind und diese Modulation beim vertikalen Paar um eine halbe Wellenlänge gegen die des horizontalen Paars verschoben ist. Radiofrequenzquadrupole erzeugen Ionenstrahlen vorher unerreichter Qualität und Stromstärke (einige 100 mA). Sie haben durch ihre Kompaktheit (Länge 1 bis 2 m, Durchmesser 0,3 m) die großen Kaskadengeneratoren stark verdrängt, sowohl als Injektoren für Großbeschleuniger als auch als Industriebeschleuniger für die Ionenimplantation (Halbleitertechnik, Oberflächenvergütung).