Der Eintrittsspalt des Präzisions-Massenspektrographen
Authors: Ewald Heinz 
Published: September 2019

An den Eintrittsspalt eines hochauflösenden Massen-spektrographen sind folgende Anforderungen zu stellen: 1. Er soll in bezug auf das elektrische Zylinderfeld an bestimmter Stelle einjustiert werden können, beispiels-weise bei den für alle Massen doppelfokussierenden Apparaten im Brennpunkt des Feldes. Weiter muß er mit seiner Längsrichtung auf mindestens 0,1° genau senk-recht zu den Kraftlinien des elektrischen Feldes ausge-richtet werden 1 . Die Justierungen geschehen am besten empirisch bei laufender Apparatur durch Herstellung von Serien von Eichaufnahmen mit systematisch veränderten Spaltstellungen. 2. Die Spaltweite soll leicht, am besten ebenfalls im Betrieb, variierbar sein, bis herunter zu Tausendstel Milli-metern. Da sich der Spalt unter der Einwirkung der Ionen-strahlen mehr oder weniger schnell zusetzt, soll seine effektive Weite jederzeit kontrollierbar sein. 3. Der Spalt soll gereinigt werden können, ohne daß eine einmal erreichte gute Justierung dabei verloren geht. Um diesen Erfordernissen gerecht zu werden, wurde die Neukonstruktion des Mattauch-Herzog sehen Apparates 2 nach einem Vorbilde F. W. A s t o n s 3 mit dem im folgenden beschriebenen Spaltsystem ausgerüstet, das in Abb. 1 im ausgebauten Zustand in der Ansicht wiedergegeben ist. Der eigentliche Spalt hat die maximale wirksame Weite von 0,3 mm. Er wird zwischen zwei drehbar gelagerten V 2 A -Stahlwalzen von 7,5 mm 0 gebildet, von denen die eine in ihrer Mitte um 0,6 mm dünner geschliffen ist als ihre Enden und mit diesen durch Federdruck auf die (nicht sichtbaren) Achslager gegen die andere gedrückt wird. Der rechteckige Walzenhalter [9] (Abb. 1*) wird von einem System getragen, das es erlaubt, ihm verschiedene, genau definierte Bewegungen zu erteilen. Diese Bewe-gungen können, wenn der Spalt in den Massenspektro-graphen eingebaut ist, bei laufender Apparatur betätigt werden, und zwar mit Hilfe von äußeren, auf dem Appa-raturgehäuse befindlichen Drehköpfen, vakuumdicht durch Simmerring-Kammem durchgeführten Drehachsen [1] bis [4], Kardan-Gelenken [5] und [7], Achsen variabler Länge [6], Gewinde-und Zahnradtrieben [8], [14] u. [15] und Schwalbenschwanzführungen [11] u. [13]. Eine Bewegung des Spaltes in Richtung der Ionen-strahlen [101 wird durch die Schwalbenschwanzführung [11] ermöglicht, die zunächst nur von Hand betätigt wer-den kann. Hinter den Walzen besitzt das System eine 20 mm weite Durchgangsöffnung, so daß die Ionen nach 1 H. Ewald, Passieren des Spaltes ungehindert weiterfliegen können. Eine Horizontalbewegung des Spaltes senkrecht zur Rich-tung der Ionenstrahlen ist durch die Schwalbenführung [13] gegeben. Diese kann mittels der Achse [1] und des Kegelradpaares [14] im Betrieb verstellt werden. Eine Drehung des Walzenhalters [9] um die Richtung [10] der ankommenden Ionenstrahlen wird durch die Drehachse [4] erzielt. Weiter ist der Walzenhalter um eine vertikale Achse, die genau durch die Mitte des zwischen beiden Walzen gebildeten 0,3 mm weiten Spaltes weist, drehbar gehal-tert, derart, daß eine Kippbewegung von etwa 20° er-möglicht wird. Dazu besitzt der Halter oben und unten Achsstümpfe, die in dafür vorgesehene Schlitze [8] u. [121 des Spaltträgers einschnappen, wo sie durch federnd ge-lagerte Stahlkugeln gehalten werden. Infolgedessen kann der Walzenhalter mit einem Handgriff vom übrigen System gelöst und beispielsweise nach einer erforderlich gewordenen Reinigung der Walzen ebenso leicht wieder eingesetzt werden. Die Kippbewegung des Halters wird über die Achse [2] und den Zahntrieb [15] mittels eines Exzenters betätigt. Achse [3] dient zur Drehung der Wal-zen im Halter, die rechte Walze wird dabei durch Reibung mitgenommen. Wenn der zwischen den Walzen gebildete Spalt durch die Ionenstrahlen verunreinigt ist, können auf diese Weise mehrfach wieder saubere Partien der Walzen-oberflächen zur Spaltbildung herangezogen werden. Die Einstellung der erforderlichen sehr kleinen effek-tiven Spaltweiten geschieht in folgender Weise: Vor dem elektrischen Felde ist an definierter Stelle ein Kontroll-auffänger in den Strahlengang einschiebbar. Damit wird zunächst bei maximaler effektiver Spaltweite (0,3 mm, Walzenhalter senkrecht zum Ionenstrahl) der durch den Spalt hindurchtretende Ionenstrom gemessen (schematisch in Abb. 2 a). Dann wird durch Betätigung des Exzenters [15] der Walzenhalter so weit gekippt, bis der gemessene Ionenstrom auf einen bestimmten kleinen Bruchteil, bei-spielsweise auf ein Hundertstel seines Anfangswertes her-untergegangen ist (Abb. 2b). Man darf annehmen, daß die effektive Spaltweite größenordnungsmäßig dann im selben Maße verringert ist, im Beispiel also auf einige Tausendstel Millimeter. Die mit diesem Spalt erzielten Aufnahmen sehr hohen Auflösungsvermögens 2 -4 bestäti-gen diese Annahme. f