Ionen-induzierte Desorption beeinträchtigt das Vakuum und die Strahlqualität in Schwerionen-Ringbeschleunigern. Verlorene Strahlionen setzen bei Kollision mit der Strahlrohrwand große Gasmengen frei. Dies führt zu lokalen Druckanstiegen von bis zu drei Größenordnungen, die weitere Strahlverluste verursachen. Zukünftige Beschleuniger wie die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) sollen Ionenstrahlen höchster Intensität liefern. Dazu sind hervorragende Vakuumbedingungen mit Drücken im Bereich von 10⁻¹² mbar notwendig. Außerdem müssen strahlexponierte Beschleunigerkomponenten mit niedrig-desorbierenden Oberflächen ausgestattet werden.

Ziel dieser Arbeit war es, Oberflächen mit minimaler Ionen-induzierter Desorption zu entwickeln. Dazu wurde eine Vielzahl von Vorbehandlungsmethoden für Kupfer-, Wolfram- und Aluminiumproben getestet. Die Proben wurden mittels ex-situ Wärmebehandlung und verschiedener Kombinationen von Läppen, Polieren, Ätzen und Fräsen behandelt. Zusätzlich wurden die Reinigung der Oberflächen durch Sputtern mit keV-Argonionen und die Beschichtung mit TiZrV, Titannitrid und Kohlenstoff getestet.

Die Ionen-induzierte Desorption wurde durch Bestrahlungsexperimente mit Calcium- oder Goldionen mit 4,8 MeV/u spezifischer Energie an der UNILAC-Beamline M1 am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionen-forschung bestimmt. Zusätzlich wurden am CRYRING Desorptionsmessungen mit hochgeladenen Ionen (Au⁷⁸⁺) unterschiedlicher spezifischer Energien (2, 3 und 4,8 MeV/u) durchgeführt. Um die Desorption zu quantifizieren, wurde für alle Experimente der Druckanstieg mit einem Totaldruckvakuummeter und einem Quadrupol-Massenspektrometer gemessen. Anschließend wurde der Druckanstieg während der Bestrahlung in die Anzahl desorbierter Moleküle pro auftreffendem Ion, der sogenannten Desorptionsausbeute, umgerechnet. In ergänzenden Experimenten zur thermischen Desorption wurde die Desorption anhand der Menge von desorbiertem Gas pro Fläche (mbar∙l/cm²) quantifiziert.

Als Oberflächenbehandlungen erwiesen sich Diamantfräsen und Polieren als geeignete Lösungen. Auch die Sputter-Reinigung mit keV-Argonionen führt zu einer deutlichen Reduzierung der Desorptionsausbeute. Die vielversprechendste Vorbehandlungsmethode zur Verringerung der Ionen-induzierten Desorption ist eine ex-situ Wärmebehandlung bei 400 °C für ca. 4 h unter Ultrahochvakuum-Bedingungen. Die verringerte Desorption bleibt auch nach Lagerung der Proben an Atmosphäre über mindestens 11 Monaten erhalten. Lagerung in Argon ist jedoch empfehlenswert, da diese Proben im Vergleich zur Lagerung an Atmosphäre eine geringere Desorption aufweisen. Die Tatsache, dass die geringe Desorption bei Lagerung an Atmosphäre bestehen bleibt, ist ein starker Hinweis darauf, dass Ionen-induzierte Desorption kein reiner Oberflächeneffekt ist, sondern dass auch tieferliegende Schichten eine bedeutende Rolle spielen. Um Beschleunigerkomponenten mit minimaler Desorption herzustellen, müssen sowohl die Oberflächen- als auch die Bulkeigenschaften optimiert werden.