Einfach- und Mehrfachionisation von Xenon- und Zinn-Ionen durch Elektronenstoß
Final Report Abstract
Im Rahmen des hier beschriebenen Vorhabens wurden absolute Wirkungsquerschnitte für Einfach- und Mehrfach-Ionisation von einfach und mehrfach geladenen Zinn- und Xenon-Ionen gemessen. Solche Daten sind wichtig für das fundamentale Verständnis atomarer Prozesse von Viel-Elektronen-Systemen. Sie sind zusätzlich von Bedeutung für Anwendungen wie die Plasmadiagnostik in Fusionsplasmen oder werden als Eingabedaten für die Modellierung von Quellen für kurzwellige elektromagnetische Strahlung zur Halbleiterlithographie benötigt. Anders als erwartet und geplant konnte der Bereich der den Messungen zugänglichen Ionenladungszustände von etwa q=10 bzw. 15 bis zu q=17 für Snq+ bzw. 25 für Xeq+ ausgeweitet werden. Zudem gelang es, Mehrfachionisation bis zur Ablösung von 9 zunächst gebundenen Elektronen quantitativ zu erfassen. Damit wurden bisher unerreicht umfassende Datensätze für Atome bzw. Ionen mit vielen Hüllenelektronen entlang zweier isonuklearer Reihen bereit gestellt, an Hand derer der Einfluss der Struktur der Elektronenhülle auf die Elektronenstoßionisation bei gleich bleibender Kernladungszahl studiert werden kann. Während in der Vergangenheit von Seiten der Theorie vermutet wurde, dass mit zunehmendem Ionenladungszustand die Qualität von Berechnungen nach der Methode der gestörten Wellen (distorted wave approximation) zunehmen und die Bedeutung resonanter Ionisationsbeiträge abnehmen sollte, zeigen die Messresultate je nach untersuchtem Ladungszustand unerwartet große Abweichungen von den theoretischen Vorhersagen. Insbesondere für die höchsten untersuchten Ladungszustände wurden sehr ausgeprägte Resonanzen beobachtet, die dadurch auftreten, dass das betroffene Ion auch sehr schnelle Elektronen, die sich mit zehntel Lichtgeschwindigkeit bewegen, in einem strahlungslosen Prozess unter Anregung eines Inner-Schalenelektrons einfangen können, um einen sehr hoch angeregten Zwischenzustand zu populieren. Dieser Zwischenzustand zerfällt unter Aussendung von mindestens 2 Elektronen so, dass eine Netto-Ionisation des primären Ions die Folge ist. Durch den Einsatz eines hochauflösenden Energie-Scan Verfahrens und Messung mit weltweit unübertroffener statistischer Qualität gelingt es uns, feine Details in Wirkungsquerschnitten wie etwa diese Resonanzen oder die Einsatzschwellen neu auftretender Ionisationskanäle, die sich mit wachsender Energiee öffnen, im Detail zu erfassen. Für Anwender in der Plasmamodellierung wurden Plasma-Ratenkoeffizienten für die Einfach-Ionisation von Grundzustands-Ionen ermittelt. Dazu wurden die gemessenen Wirkungsquerschnitte kritisch analysiert, Beiträge langlebiger angeregter elektronischer Zustände im Primärionenstrahl wurden durch Zuhilfenahme theoretischer Berechnungen abgetrennt und schließlich mit einer Maxwell-Boltzmann Verteilung gefaltet. Die resultierenden Plasmaratenkoeffizienten können dann direkt in die Modellierungs-Codes von Anwendern übernommen werden.
Publications
- Electron impact ionization of xenon ions. J. Phys.: Conf. Ser. 194 (2009) 062014
A. Borovik, Jr., J. Rausch, J. Rudolph, M. Gharaibeh, S. Schippers, A. Müller
- Electron-impact single ionization of Xe10+ ions. J. Phys. B 44 (2011) 205205
A. Borovik, Jr., C. Brandau, J. Jacobi, S. Schippers, and A. Müller
- Electron-impact single and double ionization of tin ions. J. Phys.: Conf. Ser. 388 (2012) 062023
A. Borovik, Jr., P. M. Hillenbrand, J. Rudolph, M. F. Gharaibeh, J. Rausch, K. Huber, S. Schippers, and A. Müller
- Electron-impact single and multiple ionization of xenon ions. J. Phys.: Conf. Ser. 388 (2012) 062024
A. Borovik, Jr., J. Rausch, J. Rudolph, M. F. Gharaibeh, S. Schippers, and A. Müller
- Detailed investigation of electron-impact single-ionization cross sections and plasma rate coefficients of N-shell tin ions. J. Phys. B 46 (2013) 175201
A. Borovik, Jr., M. F. Gharaibeh, P. M. Hillenbrand, S. Schippers, and A. Müller
(See online at https://doi.org/10.1088/0953-4075/46/17/175201) - Electron-impact ionization of moderately charged xenon ions. J. Phys. B 46 (2013) 215202
M. S. Pindzola, S. D. Loch, A. Borovik, Jr., M. F Gharaibeh, J. K. Rudolph, S. Schippers, and A. Müller
(See online at https://doi.org/10.1088/0953-4075/46/21/215202)
