Ladungsändernde Stöße mit Ionen und Photonen : von Atomen zu Molekülen

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den elementaren Prozessen des Ladungstransfers und der Ionisation bei der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen mit Ionen und Photonen. Die technologische Entwicklung der letzten zwei Jahrzehnte sowohl im Bereich der Beschleuniger als auch im Bereich der experimentellen Methoden erlauben heutzutage eine sehr detaillierte Untersuchung dieser Prozesse bis hin zu kinematisch vollständigen Experimenten nicht nur an Atomen, sondern auch an Molekülen. Die Untersuchung der Photodoppelionisation an Zweielektronensystemen ist besonders geeignet, die Elektron-Elektron-Wechselwirkung zu studieren. Nahe der Doppelionisationschwelle erlaubt die Wannier-Theorie eine qualitativ gute Beschreibung der Endzustandsverteilung. Dabei bietet es sich an, statt der Bewegung zweier Elektronen im Feld des He-Kernes die Bewegung des Kernes auf dem Sattel zwischen den Potentialen der sich entfernenden Elektronen zu betrachten. Die Messungen zeigen, daß diese Wannier-Beschreibung auch noch bei Photonenenergien von 20 eV über der Schwelle anwendbar ist. Auch mit convergent close-coupling Rechnungen wurde eine gute Übereinstimmung erzielt.Das molekulare Analogon zu Helium ist das Deuterium-Molekül. Hier zeigt sich ein deutlicher Einfluss der Molekülachse auf die Emissionscharakteristik der Elektronen, der auch erhalten bleibt, wenn über den Impuls eines der beiden Elektronen und alle möglichen Orientierungen der Molekülachse integriert wird. Experimente mit Ion-Ion-Stößen erlauben Untersuchungen an maßgeschneiderten Stoßsystemen. So können nur in Ion-Ion-Stößen reine Einelektronensysteme bei unterschiedlichsten Kernladungen untersucht werden und auch nur im Ion-Ion-Stoß ist es möglich, den Ladungstransfer in einem reinen Einelektronensystem mit einem Molekül zu untersuchen. Dies wird am Stoß eines Heliumkernes mit einem Wasserstoffmolekülion diskutiert. Ferner wurden auch Stöße zwischen zwei Fulleren-Ionen erstmals in dieser Arbeit untersucht. Fullerene können als das Bindeglied zwischen einfachen Molekülen wie Wasserstoff und komplexen Systemen bzw. Festkörpern angesehen werden. Basierend auf einem Modell frei beweglicher Löcher auf einer unendlich gut leitenden Kugel entwickelten Presnyakov et al. eine quantenmechanische Behandlung, welche die experimentellen Ergebnissesehr gut beschreibt. Es besteht aber auch ein anwendungsbezogenes Interessean Wirkungsquerschnitten für ladungsändernde Stöße bei schweren Ionen wie z.B. Blei oder Uran zur Abschätzung von Teilchenverlusten in zukünftigen Teilchenbeschleunigern und Speicherringen. Hier ist man auf experimentelle Daten angewiesen. Die Messungen zeigen, dass für Ladungszustände bis q=4+ bei den für die Zukunft geplanten Strahlintensitäten die Verluste durch ladungsändernde Stöße nicht vernachlässigbar sind. Auch dieIonisation spielt im Vergleich zum Ladungstransfer bei einigen Systemen eine entscheidende Rolle.