Techniklexikon

Ionenstrahl

ein gerichteter Strahl positiv oder negativ geladener Atom- oder Molekülionen. Die Erzeugung von Ionenstrahlen erfolgt in sogenannten Ionenquellen, in denen Neutralteilchen ionisiert und anschliessend zu einem gerichteten Strahl formiert und vorbeschleunigt werden. Unter Einsatz elektrischer und magnetischer Gleich- und Wechselspannungsfelder können die Ionenstrahlen dann in ionenoptischen Strahlführungselementen (Ionenoptik) weitertransportiert und in ihren Eigenschaften beeinflusst werden. Eine Beschleunigung zu höheren Energien kann in Beschleunigern erfolgen. Ionenstrahlen finden in vielen Bereichen Anwendung. Neben ihrem Einsatz in der atom- und kernphysikalischen Grundlagenforschung sowie der Hochenergiephysik, kamen in den vergangenen Jahren auch immer mehr kommerzielle Anwendungen hinzu. Hier seien insbesondere die Materialbearbeitung mit Ionenstrahlen, so zum Beispiel die Ionenimplantation bei der Mikrochipherstellung und der Härtung von Werkzeugstählen, sowie ionenstrahlgestützte Sputter- und Ätzprozesse (Ionenätzen) genannt. Im medizinischen Bereich werden Ionenstrahlen zur Behandlung von Tumoren eingesetzt. Ein sich in der Entwicklung befindendes, potentiell grosses Einsatzgebiet von Ionenstrahlen stellt die Fusionsforschung (Kernfusion) dar, in der Ionenstrahlen entweder zum direkten Beschuss der zur Fusion zu bringenden Teilchen oder, nach entsprechenden Umladungsprozessen, als Lieferant von Neutralteilchen zur Injektion in Fusionsplasmen (Plasma) eingesetzt werden können.Neutralisierte Ionenstrahlen können durch resonanten oder nicht-resonanten Ladungstausch erzeugt werden, d.h. ein positives Ion bindet ein Elektron eines neutralen Atoms an sich und wird dadurch neutral. So kann man z.B. Wasserstoff-Molekülstrahlen durch Ladungstausch an Cäsium-Atomen herstellen.