Ein- und Mehrfachionisation von Wismut-Ionen durch Elektronenstoß

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Ein- und Mehrfachionisation von Wismut-Ionen durch Elektronenstoß untersucht. Die absoluten Wirkungsquerschnitte wurden von der jeweiligen Einsatzschwelle bis zu einer Elektronenenergie von etwa 1 keV gemessen. Zur Erzeugung der Wismut-Ionen wurde eine 14~GHz-Elektron-Zyklotron-Resonanz(EZR)-Ionenquelle in die Schwerionenanlage integriert und durch Umbauten für den Betrieb mit Wismut-Ionen angepaßt. Das Wismut wurde als grobkörniges Granulat in einem Hochtemperaturofen verdampft und im Plasma der EZR ionisiert. Der durch einen Ablenkmagneten entsprechend dem Verhältnis von Masse zu Ladung selektierte Wismut-Ionenstrahl wurde typischerweise auf 1,5 x 1,5 mm2 kollimiert und mit einem intensiven Elektronenstrahl unter einem Winkel von 90° gekreuzt. Die absoluten Wirkungsquerschnitte der Elektron-Ion-Reaktionen wurden mittels der Methode der gekreuzten Strahlen, speziell dem dynamischen Meßverfahren, gemessen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die gemessenen Wirkungsquerschnitte. Dabei steht S_q,q+n für den Prozeß: e- + Bi^(q+) => Bi^(q+n) + (n+1) e- . Außer S_1,2, S_2,3, S_1,3, S_2,4 und S_3,5 sind alle Wirkungsquerschnitte erstmalig bestimmt worden. Die unterstrichenen Wirkungsquerschnitte wurden nur im Bereich der Einsatzschwelle gemessen, da das Maximum mit der Hochstrom-Elektronenkanone nicht erreicht werden konnte. n=1 S_1,2 S_2,3 S_3,4 S_4,5 S_5,6 S_6,7 S_7,8 S_8,9 S_9,10 S_10,11 n=2 S_1,3 S_2,4 S_3,5 S_4,6 S_5,7 S_6,8 S_7,9 S_8,10 S_9,11 S_10,12 n=3 S_1,4 S_2,5 S_3,6 S_4,7 S_5,8 S_6,9 S_7,10 S_8,11 S_9,12 S_10,13 n=4 S_1,5 S_2,6 S_3,7 S_4,8 S_5,9 S_6,10 S_7,11 S_8,12 S_9,13 n=5 S_1,6 S_2,7 S_3,8 S_4,9 S_5,10 n=6 S_1,7 S_2,8 S_3,9 n=7 _____ S_2,9 Somit wurde erstmalig ein großer Bereich von Wirkungsquerschnitten des schweren Elements Wismut bestimmt. Dabei traten bei den Bi^(4+)- und Bi^(7+)-Messungen Verunreinigungen im Primärionenstrahl auf, die durch ein gesondert erläutertes Verfahren bestimmt wurden und somit korrigiert werden konnten. Frühere Messungen von S_1,2 und S2,3 aus dem Jahre 1985 konnten bestätigt werden. Damals wurde erstmalig und sehr überraschend beobachtet, dass sich Wirkungsquerschnitte kreuzen können. Bei höheren Elektronenenergien findet man: S_2,3>S_1,2. Diese Überschneidung der Wirkungsquerschnitte wurde erneut beobachtet. Die Einsatzschwellen und Anregungsenergien wurden mit Hilfe des Grasp-Programmpakets berechnet. Für niedrige Ladungszustände (bis zu Bi^(4+)) wurden nur geringe Anteile an metastabilen Ionen im Ionenstrahl gefunden. Bei allen höheren Ladungszuständen sind grosse Beiträge durch metastabile Ionen zu beobachten. Im Falle der Einfachionisation wurde die semiempirische Lotz-Formel zum Vergleich mit den experimentellen Daten herangezogen. Da diese Formel keine Beiträge indirekter Prozesse berücksichtigt, unterschätzt sie die Wirkungsquerschnitte bis zu 30%. Für die Mehrfachionisation wurden die Wirkungsquerschnitte mit den semiempirischen Formeln von Fisher et al. und Bélenger et al., bzw. Shevelko und Tawara verglichen. Während schon bei der Doppelionisation die Formeln von Fisher et al. zu niedrige Wirkungsquerschnitte liefern, wird dies bei der Dreifachionisation noch deutlicher. Die Vierfachionisation wird von der Formel von Fisher et al. um bis zu 2 Größenordnungen unterschätzt. Auch die semiempirische Formel von Bélenger et al. unterschätzt die Wirkungsquerschnitte der Doppelionisation leicht, da sie keine Beiträge indirekter Prozesse berücksichtigt. Aus dem gleichen Grund werden die höheren Ionisationsgrade von der Formel von Shevelko und Tawara leicht unterschätzt.