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Indirekte Prozesse bei der Elektronenstoßionisation von Kohlenstoff- und Barium-Ionen

Knopp, Holger


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Atomphysik , Ionisation , Crossed-beams , Elektron-Ion-Wechselwirkung
PACS - Klassifikation: 34.80.Dp 3
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Kernphysik
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.06.2001
Erstellungsjahr: 2001
Publikationsdatum: 15.12.2003
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von indirekten Prozessen
bei der Elektronenstoßionisation von Ionen. Für Ionen mit wenig
Elektronen sind die indirekten Prozesse am Beispiel der
Einfachionisation von C3+- und C4+-Ionen durch die Messung der
Wirkungsquerschnitte bestimmt worden. Anhand der
Vielelektronensysteme Ban+ mit n = 1,...,13 wurden beispielhaft
die Ionisationsbeiträge systematisch untersucht, die durch einen
resonanten Einfang des freien Elektrons bei gleichzeitiger
Innerschalenanregung verursacht werden.

Die Bestimmung der Wirkungsquerschnitte erfolgte mit der Methode gekreuzter
Elektronen- und Ionenstrahlen. Die verwendete Apparatur erlaubt
neben der Bestimmung von absoluten Wirkungsquerschnitten auch eine
genaue Bestimmung des relativen Verlaufs des Wirkungsquerschnittes
als Funktion der Elektronenenergie mit sehr guter statistischer
Genauigkeit. Durch Kombination beider Ergebnisse ist für die oben
genannten Ionisationsprozesse sowohl die Energieabhängigkeit als
auch die absolute Größe des Wirkungsquerschnittes bestimmt worden.


Für lithiumähnliche C3+-Ionen wurde im Energiebereich von der
Ionisationsschwelle bei 64,5 eV bis 1000 eV der absolute
Wirkungsquerschnitt für die Einfachionisation bestimmt. Die im
Rahmen dieser Arbeit gemessenen Werte liegen in ihrer Größe über
älteren Messungen, bestätigen jedoch neueste quantenmechanische
Rechnungen. Durch Messungen des relativen Wirkungsquerschnittes
für den Energiebereich von 220 bis 360 eV mit einer statistischen
Punkt-zu-Punkt-Genauigkeit von 0,04% war es
möglich, Interferenzeffekte zwischen verschiedenen
Ionisationsprozessen nachzuweisen. Erstmalig konnte Interferenz
zwischen direkter Ionisation und einem speziellen resonanten
Ionisationskanal, dem so genannten READI-Prozess, nachgewiesen
werden. Dies umfasst eine Anregung eines gebundenen Elektrons
(hier aus der K-Schale) mit gleichzeitigem Einfang des stoßenden
Elektrons und eine aus einer Dreielektronenwechselwirkung
resultierende anschließende Autodoppelionisation. Neben diesem
Interferenzeffekt ergibt sich aus einem Vergleich mit
verschiedenen theoretischen Beschreibungen ein klarer Hinweis auf
Interferenz zwischen dem Beitrag durch Anregung eines K-Schalen
Elektrons mit nachfolgender Autoionisation (EA) und dem Beitrag durch
Anregung mit gleichzeitigem Einfang des Elektrons mit zwei
sukzessiven Autoionisationen (REDA).


Metastabile heliumähnliche Ionen sind über die einfache Anregung der K-Schale
die einfachsten Systeme, bei denen indirekte Ionisationsprozesse stattfinden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit metastabilen C4+-Ionen erstmals die Elektronenstoßionisation
eines derartigen Systems untersucht. Dabei konnten die indirekten
Beiträge über die Anregung eines K-Schalen Elektrons zur Ionisation des metastabilen
1s2s 3S-Zustandes bestimmt werden. Die experimentellen Ergebnisse weisen im Bereich
der EA und REDA-Prozesse große Unterschiede zu theoretischen Rechnungen
auf.

Die Beiträge zur Ein- und Mehrfachionisation von Ban+-Ionen durch die resonante
Anregung eines 3d-Elektrons mit nachfolgenden sukzessiven Autoionisationen
sind systematisch untersucht worden. Dazu sind alle experimentell zugänglichen Wirkungsquerschnitte
für n = 1,...,13 in dem Energiebereich, der eine Ionisation durch
die resonante Anregung erwarten lässt, bestimmt worden. Es zeigt sich, dass mit zunehmendem
Primärladungszustand n des Ban+-Ions die Wahrscheinlichkeit für den
resonanten Einfang anwächst. Innerhalb eines Ladungszustandes n nimmt der Anteil
der resonanten Prozesse am Wirkungsquerschnitt mit steigender Mehrfachionisation
zu. Für sehr hohe Ionisationsstufen dominiert der resonante Anteil sogar über den
direkten Beitrag zum Wirkungsquerschnitt, so z. B. bei der Sechsfachionisation von
Ba4+.

Zur Beschreibung des Verlaufs der Resonanzstärken innerhalb eines Ladungszustandes
entlang der verschiedenen Ionisationsstufen wurde ein statistisches Modell
entwickelt. Unter der Annahme, dass die beim dielektronischen Einfang übertragene
Energie sich statistisch auf äußere Elektronen verteilt, können die experimentell
beobachteten Ladungszustandsverteilungen durch das Modell ohne Vorliegen detaillierter
Informationen über die auf die Innerschalenanregung folgenden komplexen Abregungsmechanismen
reproduziert werden.