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Jörg Hahnenbruch

• In dieser Arbeit wurde die automatisierte Separation von Heliummono-, -di- und -trimeren beschrieben. Unter Nutzung ihrer unterschiedlichen De-Broglie-Wellenlängen wurden die verschiedenen Fraktionen mit einem Nanogitter getrennt. Zunächst wurden einige physikalische Grundlagen zu den genannten Atom- bzw. Molekülspezies, der hier auftretenden Bindungsform der Van-der-Waals-Bindung und insbesondere zur Materiewellenbeugung gelegt. Anschließend wurde der Versuchsaufbau dargestellt. Bei der Durchführung wurden zunächst die drei jeweils vorhandenen Gitter und Spalte zu je einer Messung kombiniert und die beste Kombination für die weiteren Messungen ausgewählt. Das Experiment wurde weitergeführt, indem für verschiedene Temperaturen und Quelldrücke jeweils ein Beugungsspektrum von der für alle Heliumteilchen identischen nullten Ordnung bis zur ersten Ordnung der Heliummonomere aufgenommen wurde. In der Auswertung wurde die Detektionswahrscheinlichkeit auf rund 37 % abgeschätzt. Weiterhin wurden die Ereignisse in den ersten Maxima der einzelnen Heliumfraktionen gezählt und so unter Verwendung der Detektionswahrscheinlichkeit molare Konzentrationen für das Heliumdi- und -trimer berechnet. Dabei wurden Anteile von bis zu 0,45 % für das Heliumdimer und 4,2 % für das Heliumtrimer erreicht. Diese Molanteile und ihre Abhängigkeit von Druck und Temperatur stimmen qualitativ gut mit der Literatur überein, quantitativ lassen sie sich u. a. wegen abweichender Nachweismethoden kaum vergleichen. Anschließend wurde der Abstand von Düse und Skimmer variiert mit dem Ergebnis, daß eine Veränderung im betrachteten Bereich keinen nennenswerten Einfluß auf die Bildungsraten von Di- und Trimeren hat. Weiterhin wurde die auf zweierlei Weise bstimmbare Geschwindigkeit der Heliumteilchen im Gasjet ermittelt und verglichen. Die beiden Geschwindigkeiten weichen lediglich im unteren Temperaturbereich signifikant voneinander ab, wofür plausible Erklärungsansätze dargelegt wurden. Die Größe der Quellregion der betrachteten Heliumcluster wurde unter geometrischen Gesichtspunkten und unter Extrapolation der für verschiedene Spaltbreiten gemessenen Maximumsbreiten untersucht. Im Ergebnis wird die Quellbreite zu 58,5 μm abgeschätzt. Die Automatisierung des Aufbaus erlaubte eine Vielzahl von systematischen Messungen, die ohne diese Automatisierung sehr zeitaufwendig gewesen wären. Insbesondere wurden in kurzer Zeit - wie zuvor geschildert - die Beugungsmuster von drei Gittern in Kombination mit je drei verschiedenen Kollimationspalten sowie die Abhängigkeit der Heliumdimer- und -trimerbildung von Temperatur, Druck und Abstand von Düse und Skimmer untersucht. Die Automatisierung erlaubt für zukünftige Messungen, z. B. in Strahlzeiten am Freien Elektronenlaser FLASH, jeweils in situ die Clusterbildung zu untersuchen. Möge das beschriebene Experiment nicht nur diese, sondern auch viele weitere Messungen beschleunigen helfen und so zum gesellschaftlichen Erkenntnisgewinn beitragen!