Die Einbrennphase

Alle Elektronenvervielfacher-Kanäle werden vor der Auslieferung eingehend getestet. Die Messung der Einbrennphase und der Verstärkungscharakteristik werden in einem Messprotokoll dokumentiert und liegen der Lieferung bei.

Für diese Messungen werden die CEMs in einem Rückkopplungssystem betrieben, wie es in Abb. 1 dargestellt ist. Ein heißes Filament, das thermische Elektronen emittiert, wird vor dem Trichtereingang platziert. Der CEM-Ausgangsstrom hat einen stabilen vorwählbaren Wert, typischerweise 1 µA. Der Heizstrom des Filamentes wird automatisch nachjustiert, wenn eine Abweichung vom vorgewählten Wert auftritt. Der Ausgangsstrom IA ist das Produkt der Anzahl n der Ausgangspulse pro Sekunde, der momentanen Verstärkung G des CEMs und der Elementarladung e

Ausgangsstrom IA = G · n · e

Die Anzahl n der Ausgangspulse pro Sekunde, die notwendig ist, um den vorgewählten Ausgangsstrom IA zu erzeugen, wird ermittelt. Die Verstärkung G ist der Quotient aus dem Ausgangsstrom und dem Produkt aus Anzahl der Ausgangspulse pro Sekunde und der Elementarladung. Die Anzahl der Ausgangspulse wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls (z.B. für 10 Sekunden jede Minute) gemessen und G für dieses Zeitintervall errechnet.

Die Werte werden im Verstärkung ggn. Akkumulierte Ladung-Diagramm dargestellt (Abb.7) .

Verstärkung G = IA / n · e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 7 Typisches Einbrenndiagramm für einen Standardmultiplier

Die Einbrennphase wird durch einen Abfall der Verstärkung von einem anfänglich hohen Wert charakterisiert, gefolgt von einem stabilen Plateau der Verstärkung. Der anfängliche Verstärkungsabfall tritt bei allen Elektronenvervielfachern auf, nachdem sie der Umgebungsluft ausgesetzt waren und hängt mit lose gebundenen Gasmolekülen zusammen, die die CEM-Oberfläche benetzen. Sie verringern die Arbeitsfunktion des Glases, so dass die Elektronenemission höher ist als bei gasfreier Oberfläche. Unter dem Einsetzen eines Partikelbombardements wird dieses Gas freigesetzt. Der rapide Verstärkungsabfall wird "Reinigungsphase" (engl. clean-up phase) genannt. Anschließend schwenkt der Verstärkungswert auf ein stabiles Plateau ein. Die CEM-Charakteristika bleiben dann stabil bis zu etwa 10e10 akkumulierten Pulsen.

Die Einbrennkurve eines CEMs, das für eine längere Zeit der Umgebungsluft ausgesetzt war, sieht etwas anders aus. Nach einem anfänglichen Verstärkungsabfall durchläuft die Einbrennkurve ein Minimum, um dann auf das stabile Plateau einzuschwenken. Der Experimentator kann diesen Effekt beobachten, wenn die gemessene Zählrate aufgrund einer zu hoch eingestellten Diskriminatorschwelle plötzlich abnimmt.

Während der Reinigungsphase kann es passieren, dass eine hohe Zahl an Mehrfachpulsen auftritt. Diese werden durch Ionenrückkopplungen im Kanal verursacht, die weitere Elektronenlawinen auslösen und dann mitgezählt werden. Während sich die Verstärkungsänderungen in der Einbrennphase nicht bemerkbar machen, solange die Diskriminatorschwelle hoch genug eingestellt ist, können die Mehrfachpulse quantitative Messungen beeinflussen, wenn die Totzeit des Vorverstärkers auf einen Wert unter 100 ns eingestellt ist.

Gemessene Quantenausbeuten von über 100 % zeigen, das auch Pulse mitgezählt wurden, die ihre Ursache im Inneren der CEMs haben. Nach dem Erreichen des stabilen Plateaus der Verstärkung spielen Mehrfachpulse keine signifikante Rolle mehr. Für quantitive Messungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen sollten die CEMs deshalb vor der eigentlichen Messung einige Zeit bereits im Betrieb sein, damit der Detektor die Reinigungsphase bereits durchlaufen hat.

	Anwenderbericht
	Metastabile Impakt- Elektronenspektroskopie		Mit frdl. Genehmigung von F. Bebense,
			F. Voigts und W. Maus-Friedrichs
			Technische Universität Clausthal
	Die nebenstehende Abbildung zeigt eine Reihe von Elektronenspektren, die mit der Methode der "Metastable Impact Electron Spectroscopy" (MIES) aufgenommen wurden. Die Zählrate des Elektronen-vervielfacher-Kanals ist gegen die Bindungs-energie der eingefangenen Elektronen relativ zum Ferminiveau bei 0 eV aufgetragen. MIES benutzt metastabiles He* um Elektronen aus der Oberfläche auszulösen und gibt die Oberflächendichte der Zustände im Valenzbandbereich der Probe wieder. Die dargestellten Spektren zeigen die Reaktion einer Kalziumprobe, die im Ultrahochvakuum mit Wasser präpariert wurde. Der Verlauf des Experimentes wird auf der rechten Seite anhand des Pfeils dargestellt. Die Reaktion beginnt mit der vollständigen Dissoziation der auftreffenden Wassermoleküle unmittelbar vor der Oberfläche. Die daran anschließende Chemisorption von Sauerstoff auf der Oberfläche kann anhand der mit 0 2p bezeichneten Linie beobachtet werden.
	Wie aus der Abnahme der metallischen 4s-Zustände des Kalziums erkennbar, verliert die Oberfläche gleichzeitig ihren metallischen Charakter. Sobald die Oberfläche mit Sauerstoff bedeckt ist, kommt es zu teilweiser Dissoziation des aufteffenden Wassers mit der Folge, dass sich OH-Gruppen an die Oberfläche anlagern, die durch MIES mit hoher		Empfindlichkeit nachgewiesen werden. Die mit OH bezeichnete Doppellinie gehört zu den 1p und 3s Molekülorbitalen dieser Gruppen. Fortgesetzter Eintrag von Wasser führt zur vollständigen Bedeckung der Oberfläche mit OH-Gruppen. Der chemisorbierte Sauerstoff wurde durch die Reaktion vollständig aufgebraucht.