Bestimmung des Haftkoeffizienten niederenergetischer Kohlenwasserstoffionen

Zukünftige Fusionsexperimente, allen voran ITER, müssen, um Fusionsenergie erzeugen zu können, mit Deuterium/Tritium Plasma betrieben werden. Sicherheitsrechtliche Bestimmungen begrenzen dabei die Menge des radioaktiven Tritiums, die in der Anlage benutzt werden darf. Wenn wegen seiner guten Hochtemperaturbeständigkeit Kohlenstoff als Wandmaterial verwendet wird, lagert sich Tritium in amorphen Kohlenwasserstoffschichten auf den Gefäßwänden ab. Nach einiger Zeit wird die erlaubte Menge an Tritium allein durch die Einlagerungen erreicht, so dass die Maschine nicht weiter betrieben werden darf. Dies limitiert die maximal mögliche Betriebsdauer der Anlage, nach der eine aufwendige Wartung erforderlich ist. Die bisherigen Schätzungen, nach welcher Zeit diese Grenze erreicht sein wird, sind sehr unsicher und unterscheiden sich um Größenordnungen voneinander. Ein wichtiger Parameter, der diese Zeit bestimmt, ist der Haftkoeffizient für Kohlenwasserstoffionen, die die Gefäßoberflächen treffen. Gerade im relevanten Parameterbereich für Teilchenenergien unter 200 eV sind für den Haftkoeffizienten jedoch keine gesicherten experimentellen Werte verfügbar. Diese Lücke konnte durch Versuche mit Teilchenstrahlen von CD+3 -, CD+4 - und CD+5 -Ionen bei Energien zwischen 10 eV und 150 eV geschlossen werden. Zu diesem Zweck wurde die auf niederenergetische Ionen spezialisierte Teilchenstrahlapparatur MAJESTIX für den Einsatz von Kohlenwasserstoffionen aufgerüstet. Durch Optimierung der Zusammensetzung des Arbeitsgases ließ sich der Originalaufbau auch mit Kohlenwasserstoffen benutzen, allerdings mit einer relativ niedrigen Standzeit der Ionenquelle. Parallel dazu wurde eine alternative Ionenquelle auf Basis einer induktiv gekoppelten Hochfrequenzentladung entwickelt. Sie ermöglicht durch die elektrodenlose Plasmaerzeugung den Langzeitbetrieb der Ionenkanone mit einer großen Auswahl an Ionensorten. Insbesondere dem Einsatz aggressiver Arbeitsgase wie Sauerstoff, die das Filament der Originalquelle zerstören würden, steht durch diese Entwicklung nichts mehr im Weg. Die gemessenen Haftkoeffizienten sind mit den Literaturwerten für höhere Teilchenenergien verträglich und auch der Trend zu niedrigeren Energien stimmt mit der Erwartung überein.