Če se na vhodu v halo pospeševalnika na odseku F2 IJS ozremo na desno stran, nam v oči najprej padeta dve liniji: microbeam in laboratorij za fuzijske raziskave. Pri obeh poskusih lahko opazimo, da je komora okrogle oblike, ki je bolj ugodna za vzdrževanje vakuuma. Pogled nam nato zaplava bolj proti steni, kjer na žarkovni liniji +30° naletimo na nekaj neobičajnega – veliko kovinsko komoro pravokotne oblike. Kakšni poskusi se izvajajo na tem koncu ionskega žarka, zakaj je komora takšne oblike in ali je to povzročalo kaj težav pri izdelavi?
FIZIKALNO OZADJE
Eksperimentalna metoda, ki se uporablja na liniji, se po angleško imenuje “high resolution X-ray spectroscopy” oz. visoko resolucijska rentgenska spektroskopija. Deluje po naslednjem principu:
V komori je pozicionirana tarča, ob katero zadevajo hitri ioni v žarku. Z nabitim delcem iz atoma v tarči izbijemo kakšnega od notranjih elektronov (tipično iz 1s-orbitale). Vrzel zapolni eden od zunanjih elektronov in pri tem odda karakterističen foton, ki je po navadi v rentgenskem energijskem območju (5–10 keV). Glede na energijo tega rentgenskega žarka lahko zelo natančno določimo, za kateri element gre, ker so vezavne energije elektronov precej jasno določene za atome danega elementa. Energijo se da zelo natančno izmeriti s polprevodniškimi detektorji, v katerih se kinetična energija fotona proporcionalno preslika v električni naboj, ki nato steče skozi detektor, kar izmerimo.
V nekaterih primerih bi si želeli še večjo energijsko ločljivost, kar lahko tudi dosežemo. Boljša ločljivost v tem primeru pomeni, da lahko po izsevanem fotonu ločimo, v kakšnih nabojnih stanjih v kemijski vezavi je zadeti atom (npr. ali je to S6+ ali S4+). Z detektorjem z depozicijo naboja tega ni mogoče tako natančno izmeriti, lahko pa uporabimo naslednji trik.
Kot pri vidni svetlobi valovna dolžina fotona vpliva, v katero smer ga bo uklonska mrežica preslikala, naredimo uklonsko mrežico tudi za rentgenske žarke. Ker imajo ti bistveno krajše valovne dolžine, mora biti razdalja med črtami na mrežici krajša. Izkaže se, da je tipično ravno tolikšna, kot so razdalje med atomi. Uklonsko mrežico zato naredimo iz brezhibnega kristala silicija. Če se ta kristal nato še upogne, izpade, kot da bi dodali še lečo. Nato lahko iz spalnega kota na zelo natančno izmerimo energijo rentgenskega žarka. To vodi v take energijske ločljivosti, ki dovoljujejo celo ločevanje med nabojnimi stanji atomov.
Tipična aplikacija za tako analizo je npr. preučevanje litij-žveplovih baterij. S to metodo je mogoče opazovati, kako se žveplo med samim delovanjem, torej med polnjenjem in praznjenjem, reducira in oksidira med različnimi nabojnimi stanji. Pri tem zaradi neinvazivnosti metode ne vplivamo na delovanje baterije.
Zakaj je za inštrumente potrebna tako velika komora?
Znotraj komore je mehanizem, ki med sukanjem uklonske mrežic hkrati z dvakratno kotno hitrostjo prestavlja tudi detektor. Večja kot je razdalja med mrežico in detektorjem, bolj natančno lahko izmerimo majhne razlike v sipalnem kotu, ker se preslikajo v večji odklon na koncu dolge ročice. Zato je večja komora ugodnejša.
Kakšne težave prinese oblika in velikost komore?
Ker je komora tako velika in kvadraste oblike, kar za držanje vakuuma ni najbolj primerno, so bile potrebne dodatne ojačitve na stranicah.
Za aproksimacijo: približno dva kvadratna metra površine komore zgolj zaradi zračnega tlaka 100.000Pa prinese silo 200.000N oz. ekvivalent teži 20-tonskega tovornjaka, ki pritiska na zgornjo in spodnjo ploskev.
Pri sami izdelavi komore se je pojavila težava, kako dobiti ljudi, ki bi znali variti tako konstrukcijo s tako debelimi kovinskimi deli. Izkazalo se je, da so to znali narediti ravenski jeklarji, ki so imeli izkušnje iz vojaške industrije in izdelave tankov.