Giessener Elektronische Bibliothek

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Messung von Wirkungsquerschnitten der Elektronensto├čionisation von Xenonionen mit einer neuen Hochleistungselektronenkanone

Measurement of Cross Sections for Electron-Impact Ionization of Xenon Ions with a New High-Power Electron Gun

Ebinger, Benjamin Janosch


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-153803
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2020/15380/


Freie Schlagwörter (Deutsch): Elektronensto├čionisation , Elektronenkanone , Xenonionen
Freie Schlagwörter (Englisch): electron-impact ionization , electron gun , xenon ions
PACS - Klassifikation: 34.50.Fa , 34.80.Dp
Universität Justus-Liebig-Universit├Ąt Gie├čen
Institut: I. Physikalisches Institut
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der m├╝ndlichen Pr├╝fung: 13.07.2020
Erstellungsjahr: 2020
Publikationsdatum: 07.09.2020
Kurzfassung auf Deutsch: Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde eine f├╝r die Messung von Wirkungsquerschnitten zur Elektronensto├čionisation von Ionen konzipierte Hochleistungselektronenkanone in Betrieb genommen. Diese Elektronenkanone erh├Âht insbesondere die obere Grenze des an der Anlage f├╝r Elektron-Ion-St├Â├če am I. Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universit├Ąt Gie├čen vormals zur Verf├╝gung stehenden Elektronenenergiebereiches von 10 eV - 1000 eV auf 3500 eV. Es wurde gezeigt, dass der verwendete Typ von Elektronenkanone mit einem bandf├Ârmigen, sehr intensiven Elektronenstrahl von bis zu 1 A f├╝r die Untersuchung der genannten Prozesse auch bis zu Energien von 3500 eV geeignet ist. Hierzu erfolgte die umfassende Untersuchung der charakterisierenden Eigenschaften besagter Elektronenkanone wie der Emission und Transmission des Elektronenstrahls sowie des Einflusses der vorhandenen Potentiale auf die Trajektorie des zugeh├Ârigen Ionenstrahls. Weiterhin wurden die Auswirkungen der durch die Raumladung des Elektronenstrahls erzeugten Potentialmulde im Wechselwirkungsraum auf die gemessenen Wirkungsquerschnitte analysiert. Aus all diesen Studien wurden Betriebsparameter, welche die verl├Ąssliche Messung von Wirkungsquerschnitten der Elektronensto├čionisation von Ionen erm├Âglichen, ermittelt.
Mit der neuen Hochleistungselektronenkanone wurden Messungen des Wirkungsquerschnittes der Elektronensto├čionisation f├╝r Xe^q+-Ionen (Einfachionisation f├╝r q = 2, 5, 12, 13 sowie Doppelionisation f├╝r q = 2, 12, 13, 14) durchgef├╝hrt. Dabei stimmen die gemessenen Daten mit ├Ąlteren experimentellen Ergebnissen ├╝berein (diese Literaturwerte sind f├╝r die meisten untersuchten Prozesse nur im Energiebereich bis 1000 eV verf├╝gbar). Weiterhin wurden Vergleiche mit theoretischen Daten durchgef├╝hrt, wobei auch hier in weiten Teilen eine ├ťbereinstimmung mit den Messergebnissen dieser Arbeit gefunden und demzufolge in einigen F├Ąllen eine eindeutige Identifizierung der signifikant zum jeweiligen totalen Wirkungsquerschnitt beitragenden Prozesse erreicht werden konnte. Insbesondere die detaillierten Vergleiche zwischen gemessenen und berechneten Wirkungsquerschnitten f├╝r Doppelionisation erm├Âglichen neuartige Einblicke in die Sto├čdynamik von Vielteilchensystemen.
Kurzfassung auf Englisch: Within the scope of the present dissertation, a high-power electron gun designed for the measurement of cross sections for electron-impact ionization of ions was commissioned. In particular, the maximum electron energy is substantially improved as compared to the previously at the facility for electron-ion collisions at the I. Physics Institute of the Justus-Liebig-University Gie├čen available electron energy range of 10 eV - 1000 eV. The new type of electron gun provides a ribbon-shaped, intense electron beam of up to 1 A with electron energies of up to 3500 eV which, as could be shown, is suitable for the study of the aforementioned processes. Characteristic properties like emission and transmission of the electron beam as well as the influence of the electrode potentials on the trajectory of the ion beam were extensively investigated. Furthermore, the impact of the potential well in the interaction region created by the electron beam┬┤s space charge on the measured cross sections was analyzed. From all these studies, operating parameters for the reliable measurement of cross sections for electron-impact ionization were established.
With the new high-power electron gun, cross-section measurements were performed for electron-impact ionization of Xe^q+-ions (single-ionization for q = 2, 5, 12, 13 and double-ionization for q = 2, 12, 13, 14). The data presented in this work and measured with the new electron gun coincide with previously reported experimental data (most of these literature data are only available for electron energies up to 1000 eV). For higher electron-ion collision energies, only theoretical data are available. The experimental results of this work also agree with these results and, thus, a distinct identification of the significant contributions to the respective total cross sections could be made in a number of cases. Especially the possibility for detailed comparisons between measured and calculated data offers novel insights into the collision dynamics of many-body systems.
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