Indirekte Prozesse bei der Elektronenstoßionisation von Zwei- und Quasi-Zwei-Elektronen-Systemen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden die unterschiedlichen Ionisationsmechanismen, die zur Elektronenstoßionisation von B+-, B3+- und Sc+-Ionen beitragen, experimentell mit der Methode gekreuzter Strahlen im Energiebereich bis 1000 eV untersucht. Insbesondere soll die Rolle der indirekten Ionisationsprozesse geklärt werden, denen die Vielteilchen-Wechselwirkungen mehrere Elektronen zugrunde liegen. Die erzielten Ergebnisse werden mit theoretischen Berechnungen verglichen, soweit diese für die untersuchten Prozesse vorhandensind. Desweiteren ist die Entwicklung und Optimierung einer neuen Elektronenkanone beschrieben, die weiterführende Messungen in einem höheren Energiebereich ermöglichen soll.Die Voraussetzung für den Ablauf indirekter Ionisationsprozesse ist die Anwesenheit von mindestens zwei Targetelektronen, die im Verlauf der Ionisation beide gleichzeitig angeregt werden müssen. Das denkbar einfachste Target, bei dem dies zutrifft, ist einmetastabiles heliumähnliches Ion, bei dem nach der Anregung des K-Schalen-Elektrons indirekte Ionisationsprozesse stattfinden können. Der in dieser Arbeit gemessene Wirkungsquerschnitt der Einfachionisation metastabiler B3+-Ionen enthält deutlich sichtbare Beiträge indirekter Ionisationsmechanismen, die als EA-, READI- und REDA-Prozesse identifiziert wurden. Die experimentellen Ergebnisse stimmen im Bereich der READI-Prozesse sehr gut mit einer R-Matrix Rechnung überein, während es im Bereich der EA- und REDA-Prozesse größere Unterschiede gibt.Bei der Dreifachionisation von B+-Ionen konnten zusätzlich zur direkten Ionisation deutliche Hinweise auf einen indirekten Ionisationskanal gefunden werden, bei dem eine K-Schalen-Doppelionisation zur Entstehung eines zwischenzeitlichen hohlen Borions führt, das in einer anschließenden Autoionisation zerfällt. Die Messung der direkten Zweifachionisation vonB3+-Ionen ermöglicht einen Vergleich der skalierten Wirkungsquerschnitte für die K-Schalen-Doppelionisation von B+ und B3+, die für beide Messungen die gleiche Energieabhängigkeit zeigen, womit der vermutete indirekte Ionisationsmechanismus verifiziert wird. Der Vergleich mit weiteren Messungen der (K-Schalen-)Doppelionisation heliumartiger Atome bzw. Ionen unterstützt die Hypothese eines dominierenden Beitrags der K-Schalen-Doppelionisation in der Dreifachionisation von berylliumartigen B+-Ionen. Die an B+ und B3+ beobachteten Phänomene sind überdies in guter Übereinstimmung mit Messungen an C2+ und C4+ und deren Analyse. Im Zusammenhang mit diesen Messungen wurden Wirkungsquerschnitte imBereich bis hinunter zu einigen 10-23 cm2 bei Unsicherheiten von 30 % gemessen. Dies sind die kleinsten Wirkungsquerschnitte, die mit Strahlen geladener Teilchen beiakzeptabel niedrigen Unsicherheiten je beobachtet wurden.Die Untersuchung der Ein- und Mehrfachionisation von Sc+-Ionen, die neben den beiden äußeren 3d- und 4s-Elektronen noch weitere 18 Hüllenelektronen besitzen, zeigt den nicht vernachlässigbaren und zum Teil sogar dominierenden Beitrag indirekter Ionisationsmechanismen zum Gesamtwirkungsquerschnitt. Bei der Einfachionisation vonSc+-Ionen tragen vor allem Anregungsprozesse von 3p-Elektronen mit anschließender Autoionisation zum Wirkungsquerschnitt bei. Die Übereinstimmung mit einer theoretischen Berechnung der Einfachionisation ist für ein solch komplexes Ion schon recht gut, auch wenn noch sichtbare Differenzen existieren. Die Doppelionisation wird von der Ionisation eines 3p-Elektrons mit anschließender Autoionisation der beiden äußeren 3d- und 4s-Elektronen dominiert. Im Fall der Dreifachionisation gibt es einen Beitrag durch die Ionisation eines 2p-Elektrons mit anschließenden Autoionisationen sowie durch resonante Prozesse unter Beteiligung des 2p- bzw. 2s-Elektrons. Die Ionisation eines 2s-Elektronsmit anschließenden Autoionisationen trägt ganz wesentlich zur Vierfachionisation bei, aber auch hier sind resonante Prozesse unter Beteiligung des 2p- bzw. 2s-Elektrons zu beobachten. Der Beitrag der direkten Fünffachionisation ist fast verschwindend gering gegenüber den Beiträgen durch die Ionisation eines 2p- bzw. 2s-Elektrons mit anschließenden Autoionisationen.