SIMULATIONSPROGRAMM FÜR TIME-OF-FLIGHT-MASSENSPEKTROMETER

Abstract

Das Ergebnis dieser Masterarbeit soll ein Programm sein, dass der Entwicklung von Time-of-Flight-Massenspektrometern dient und dazu allgemein die Flugbahnen von geladenen Teilchen in statischen elektromagnetischen Feldern berechnen kann. Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (AS) forscht führend auf den Gebieten der Flugzeug-Aerodynamik, Flugzeug-Aerostatik und Raumfahrt-Aerothermodynamik. Die Abteilung Raumfahrzeuge untersucht in der Simulationsanlage für Treibstrahlen chemischer Kleintriebwerke (STG-CT) experimentell, wie sich Kleintriebwerke von Raumfahrzeugen verhalten. Die Ausbreitung von Triebstrahlen und deren Wechselwirkung mit Raumfahrzeugkomponenten zu charakterisieren, bietet wertvolle Einblicke bei der Entwicklung von Raumfahrzeugen. In diesem Kontext ist die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung eines Treibstrahls wichtig. Allerdings ändert sich diese Zusammensetzung über die Dauer eines typischen Triebwerkpulses in der Versuchsanlage STG-CT (einige Hundert Millisekunden). Um zeitaufgelöst zu erkennen, welche Spezies ausgestoßen werden, soll ein Time-of-flight-Massenspektrometer zum Einsatz kommen. Allerdings gibt es keine kommerziell erhältlichen Time-of-flight-Massenspektrometer, die für den Einsatz in der Hochvakuumniedertemperatur-Umgebung der STG-CT geeignet sind. Eine Eigenentwicklung wird daher in Betracht gezogen. Essenziell für eine gute Trennung der Massen ist die korrekte mechanische und elektrische Dimensionierung der ionenoptischen Komponenten. Für den Entwurf ist es daher wichtig, ein Softwarewerkzeug zu haben, das die Bewegung des Ionenstrahls unter Einfluss elektrischer Felder berechnen und darstellen kann. Die Opensource-Bibliothek IBSimu (Ion Beam Simulator) bietet Funktionen, mit denen eine solche Simulation implementiert werden kann. Dieser Arbeit vorangegangen wurde die C++ Bibliothek Ion Beam Simulator (IBSimu) im Masterprojekt arbeitsfähig gemacht. Das unter Nutzung der Bibliothek geschriebene Programm, dass die Simulation eines Time-of-flight-Massenspektrometer ermöglicht, soll erweitert werden, sodass es für die kommende Entwicklung flexibel und einfach zu bedienen ist. Die Anforderungen an das Programm sind: - Die Inputwerte sollen aus einem Textfile gelesen werden, Inputwerte sind: Diverse Potenziale, STL-Files, Partikeleigenschaften, Geometriewerte. - Die Simulation aus dem Masterprojekt soll die Inputwerte verarbeiten, - die berechneten Werte darstellen - und zur Weiterverarbeitung abspeichern.