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

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von indirekten Prozessenbei der Elektronenstoßionisation von Ionen. Für Ionen mit wenigElektronen sind die indirekten Prozesse am Beispiel derEinfachionisation von C3+- und C4+-Ionen durch die Messung derWirkungsquerschnitte bestimmt worden. Anhand derVielelektronensysteme Ban+ mit n = 1,...,13 wurden beispielhaftdie Ionisationsbeiträge systematisch untersucht, die durch einenresonanten Einfang des freien Elektrons bei gleichzeitigerInnerschalenanregung verursacht werden. Die Bestimmung der Wirkungsquerschnitte erfolgte mit der Methode gekreuzterElektronen- und Ionenstrahlen. Die verwendete Apparatur erlaubtneben der Bestimmung von absoluten Wirkungsquerschnitten auch einegenaue Bestimmung des relativen Verlaufs des Wirkungsquerschnittesals Funktion der Elektronenenergie mit sehr guter statistischerGenauigkeit. Durch Kombination beider Ergebnisse ist für die obengenannten Ionisationsprozesse sowohl die Energieabhängigkeit alsauch die absolute Größe des Wirkungsquerschnittes bestimmt worden. Für lithiumähnliche C3+-Ionen wurde im Energiebereich von derIonisationsschwelle bei 64,5 eV bis 1000 eV der absoluteWirkungsquerschnitt für die Einfachionisation bestimmt. Die imRahmen dieser Arbeit gemessenen Werte liegen in ihrer Größe überälteren Messungen, bestätigen jedoch neueste quantenmechanischeRechnungen. Durch Messungen des relativen Wirkungsquerschnittesfür den Energiebereich von 220 bis 360 eV mit einer statistischenPunkt-zu-Punkt-Genauigkeit von 0,04% war esmöglich, Interferenzeffekte zwischen verschiedenenIonisationsprozessen nachzuweisen. Erstmalig konnte Interferenzzwischen direkter Ionisation und einem speziellen resonantenIonisationskanal, dem so genannten READI-Prozess, nachgewiesenwerden. Dies umfasst eine Anregung eines gebundenen Elektrons(hier aus der K-Schale) mit gleichzeitigem Einfang des stoßendenElektrons und eine aus einer Dreielektronenwechselwirkungresultierende anschließende Autodoppelionisation. Neben diesemInterferenzeffekt ergibt sich aus einem Vergleich mitverschiedenen theoretischen Beschreibungen ein klarer Hinweis aufInterferenz zwischen dem Beitrag durch Anregung eines K-SchalenElektrons mit nachfolgender Autoionisation (EA) und dem Beitrag durchAnregung mit gleichzeitigem Einfang des Elektrons mit zweisukzessiven Autoionisationen (REDA). Metastabile heliumähnliche Ionen sind über die einfache Anregung der K-Schaledie einfachsten Systeme, bei denen indirekte Ionisationsprozesse stattfinden können.Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit metastabilen C4+-Ionen erstmals die Elektronenstoßionisationeines derartigen Systems untersucht. Dabei konnten die indirektenBeiträge über die Anregung eines K-Schalen Elektrons zur Ionisation des metastabilen1s2s 3S-Zustandes bestimmt werden. Die experimentellen Ergebnisse weisen im Bereichder EA und REDA-Prozesse große Unterschiede zu theoretischen Rechnungenauf. Die Beiträge zur Ein- und Mehrfachionisation von Ban+-Ionen durch die resonanteAnregung eines 3d-Elektrons mit nachfolgenden sukzessiven Autoionisationensind systematisch untersucht worden. Dazu sind alle experimentell zugänglichen Wirkungsquerschnittefür n = 1,...,13 in dem Energiebereich, der eine Ionisation durchdie resonante Anregung erwarten lässt, bestimmt worden. Es zeigt sich, dass mit zunehmendemPrimärladungszustand n des Ban+-Ions die Wahrscheinlichkeit für denresonanten Einfang anwächst. Innerhalb eines Ladungszustandes n nimmt der Anteilder resonanten Prozesse am Wirkungsquerschnitt mit steigender Mehrfachionisationzu. Für sehr hohe Ionisationsstufen dominiert der resonante Anteil sogar über dendirekten Beitrag zum Wirkungsquerschnitt, so z. B. bei der Sechsfachionisation vonBa4+. Zur Beschreibung des Verlaufs der Resonanzstärken innerhalb eines Ladungszustandesentlang der verschiedenen Ionisationsstufen wurde ein statistisches Modellentwickelt. Unter der Annahme, dass die beim dielektronischen Einfang übertrageneEnergie sich statistisch auf äußere Elektronen verteilt, können die experimentellbeobachteten Ladungszustandsverteilungen durch das Modell ohne Vorliegen detaillierterInformationen über die auf die Innerschalenanregung folgenden komplexen Abregungsmechanismenreproduziert werden.