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Nicht-radioaktiver Elektronenstrahler als Ionisationsquelle für Elektroneneinfangdetektoren und die Ionenmobilitätsspektrometrie

Diese Dissertation beschreibt eine hermetisch verschlossene, miniaturisierte, nicht-radioaktive Elektronenquelle (NEQ) einschließlich einer kompakten Ansteuerungselektronik einschließlich Charakterisierung und Demonstration von Funktionalität und Einsetzbarkeit der NEQ als Ionisationsquelle anhand zweier konkreter Anwendungsbeispiele. Der Aufbau der NEQ erforderte zunächst die Entwicklung einer vakuumdichten Aufbau- und Verbindungstechnik. Weiterhin wurde eine kompakte Ansteuerungselektronik entwickelt, welche die Erzeugung von selbst extrem kurzen Elektronenpulsen mit Pulsbreiten von nur 23 ns ermöglicht. Zur Untersuchung des Ionisationsverhaltens der NEQ wurde unter anderem die dreidimensionale Ionendichteverteilung mit Hilfe eines speziellen Detektors und Bildrekonstruktionsverfahren untersucht, um die Geometrie des Ionisationsbereiches an die NEQ anzupassen.
Die Entwicklung eines nicht-radioaktiven Elektroneneinfangdetektors (ECD) demonstrierte die Eignung der NEQ als Ionisationsquelle. Hiermit konnten zu radioaktiven ECDs vergleichbare Nachweisgrenzen von 1 ppbV (6 ng/l) sowie ein vergleichbarer linearer Bereich von 6,6 103 für 1,1,2 Trichlorethan erreicht werden. Zusätzlich erfolgte der Aufbau eines Ionenmobilitätsspektrometers (IMS) mit NEQ als Ionisationsquelle. Die erzeugten Ionenpopulationen der Spektren entsprechen hierbei den von einem IMS mit radioaktiver Tritium-Quelle erzeugten Ionenpopulationen. Außerdem wurde mit Hilfe sehr kurzer Elektronenpulse, also kurzer Ionisationszeiten, die Beeinflussbarkeit der chemischen Ionisationsprozesse untersucht. Darüber hinaus ermöglichen die kurzen Ionisationspulse den Aufbau eines IMS ohne Ionentor. Abschließend wurde daher ein solcher Aufbau charakterisiert und mit einem IMS mit herkömmlichem Ionentor verglichen.