Ein Massenspektrometer ist - ganz allgemein gesprochen - ein Gerät, mit dem aus einer gasförmigen Probe Ionen erzeugt, nach ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/q getrennt und registriert werden können. Insbesondere zur Erzeugung der Ionen und zur Auftrennung des erzeugten Partikelstrahls gibt es dabei eine ganze Reihe verschiedener physikalischer Methoden und Effekte die sich für diese Zwecke ausnützen lassen.

Grundsätzlicher Aufbau eines Massenspektrometers

Quadrupol-Massenspektrometer zur Plasmadiagnostik (9 kB)

Die Massenspektrometrie hat im Gegensatz zu anderen Diagnostikverfahren den Vorteil, daß man mit ihr praktisch gleichzeitig alle im Plasmastrahl auftretenden Teilchensorten erfassen und ihre Mengenverhältnisse bestimmen kann. Nachteilig ist, daß sie kein berührungsloses Meßverfahren ist, d.h. die Meßgröße (in diesem Fall die Plasmazusammensetzung) wird durch die Anwesenheit des Spektrometers mehr oder weniger stark verfälscht. Obwohl die Massenspektrometrie bereits seit den sechziger Jahren zur Plasmadiagnostik eingesetzt wurde, führten diese, damals nicht nachvollziehbaren Verfälschungen und die dadurch hervorgerufenen fragwürdigen Resultate dazu, daß dieses Meßverfahren praktisch vollständig zugunsten der Entwicklung verschiedener optischer Verfahren aufgegeben wurde.

Mit der wachsenden Erkenntnis, daß auch den berührungslosen Meßmethoden gewissen prinzipielle Schwierigkeiten anhaften, erlebte die Massenspektrometrie in den letzten Jahren eine kleine Renaissance.

Heutzutage liegt der Forschungsschwerpunkt der wenigen, weltweit mit diesem Verfahren arbeitenden Gruppen darin, Art und Umfang der Meßwertverfälschung während der Plasmaextraktion zu untersuchen bzw. zu quantifizieren und das Einlaßsystem so zu optimieren, daß sein Einfluß auf das Meßergebnis möglichst gering wird. Massenspektrometer zur Plasmadiagnostik bestehen in der Regel aus einer Elektronenstoß-Ionenquelle, einem Quadrupol-Massenfilter und einem Sekundärelektronenvervielfacher zur Teilchendetektion. Neben der ausführlichen Darstellung dieser Komponenten werden in der Vorlesung hauptsächlich die für die Plasmadiagnostik relevanten Fragestellungen angesprochen, wie der schon erwähnte Einfluß der Blendengeometrie bzw. des Blendenmaterials auf die Extraktion von Ionen und Radikalen, (im wesentlichen Stickstoff- und Sauerstoffatomen), sowie die Frage der Kalibrierung des Systems für diese Teilchen.

Typisches Plasmaspektrum (11 kB)