Dissertationsdokument:

Standard mit Absatz hat Zeilenabstand von Genau 17 pt

berschrift1 ist Arial mit 22 pt fett

Die Energieabhngigkeit des

Wirkungsquerschnitts fr die Fragmentation

der isoelektronischen Molekle

CO2, N2O und OCS

in Sten mit schnellen Protonen

Inaugural-Dissertation

zur

Erlangung des Doktorgrades

der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultt

der Universitt zu Kln

vorgelegt von

Philipp Schmitz

aus Leverkusen

Kln 1996

Disposition:

Inhaltsangabe meines Vortrags...

Energiespektren einfallender Protonen des Sonnenwinds im Bereich der Aurora fr ruhige () und unruhige (----), d.h. durch betrchtlichen Elektronenniederschlag charakterisierte, Bedingungen

(Abbildung entnommen aus: McNeal, R.J., Birely, J.H.: Rev. Geophys. Space Phys.11, 633 (1973))

Blockschaltbild der Steuer- und Meelektronik

Legende

"reine Ionisation in Sten mit H+ ( EINBETTEN Equation.2 )

!Ionisation nach eSto ( EINBETTEN Equation.2 )

QLadungstransfer in Sten mit H+ ( EINBETTEN Equation.2 )

DSumme aus den Wirkungsquerschnitt-daten " und Q

Wirkungsquerschnitte der beiden Stoprozesse H+ und e- auf atomaren Wasserstoff fr jeweils gleiche Projektilgeschwindigkeiten (Abbildung entnommen aus: Gilbody, H.B.: Adv. Atom. Mol. Opt. Phys. 33,149 (1994))

Zusammenstellung experimenteller Daten zur Stopping Power fr Gold-Targets (10keV ( E ( 20MeV) (Abbildung entnommen aus: Andersen, H.H.: Bibliography and Index of Experimental Range and Stopping Power Data, Pergamon Press, New York, 8 (1978))

Beschleuniger-Apparatur, Targetkammer und Flugzeitmassen-spektrometer im berblick

Extraktionsoptik der Hochfrequenz-Plasmaionenquelle

Hauptpulseranordnung

Streukammer mit Molekularstrahlsystem inklusive Knudsenzelle

Ausschnitt aus dem Einzelfragmentspektrum von SF6 erzeugt in Sten mit 40 keV-Protonen

Ausschnitt aus dem Flugzeitspektrum mit den Linien von 4He++ und EINBETTEN Equation.3

Energieschema von linearem und gewinkeltem CO2 bzw. EINBETTEN Equation.3

(Abbildung entnommen aus: England, W.B., Rosenberg, B.J., Fortune, P.J., Wahl, A.C.: J. Chem. Phys. 65, 684 (1976))

Ausschnitt aus dem Einzelfragmentspektrum von CO2 in Sten mit Protonen der Energie 37,5 keV Ordinate in logarithmischer Skalierung

Entstehung der Steigung -1 in der Density-Map der Pfeil Detektorrichtung deutet gleichzeitig auf die Nachweisposition des Fragment-Paars in der Darstellung

Ausschnitt aus dem Paarfragment-Spektrum von Luft nach Beschu mit 30 keV-Protonen gute Zeitauflsung beim Nachweis der Korrelation N+/N+

Density-Map von N2O

Dargestellt sind die zehn eindeutig nachgewiesenen Dissoziationskanle, die aus mehrfach geladenen Zwischenzustnden auf zwei positiv geladene Fragmente fhren

Gegenfeldmethode zur Bestimmung der Projektilenergie: Protonen bei 5kV Extraktionsspannung dargestellt ist im Sinne einer Hufigkeitsverteilung der nachgewiesene Strom in Abhngigkeit von der Gegenspannung

Energieabhngigkeit des Wirkungsquerschnitts fr die Erzeugung von C+ in Sten von H+ mit CO2 in der Darstellung als Fano-Plot Fit an unsere Daten und theoretisch erwarteter Verlauf

Energieabhngigkeit des Wirkungsquerschnitts fr die nicht-dissoziative einfache Ionisation von CO2

Energieabhngigkeit des Wirkungsquerschnitts fr die Erzeugung des Fragment-Ions C+ in Sten von H+ mit CO2

Fit an die Daten (entsprechend obiger Fitformel nach Green, A.E.S., McNeal, R.J.: J.Geophys. Res. 76, 133 (1971)) und asymptotisches Verhalten fr kleine und fr groe Projektilenergien

a [keV]WnJ [keV] EINBETTEN Equation.2 EINBETTEN Equation.2 Maximum [keV]5,061,270,3570,140096431,3Fitparameter fr obigen Proze

Einflu des Elektroneneinfangs auf den Verlauf der Wirkungsquerschnitte besonders im Bereich unterhalb von etwa 40keV fr die hier untersuchten Gase im Vergleich mit Propan

Wirkungsquerschnitte fr das Molekl-Ion und den Aufbruch aus einem doppelt geladenen, angeregten Zustand, jeweils normiert auf den zugehrigen Wirkungsquerschnitt bei 30keV

Energieabhngigkeit des Fragmentationsmusters nach Protonensto absolute Wirkungsquerschnitte gruppiert nach der Gesamtladung des Zwischenzustands

( einfach, 9 doppelt, + dreifach positiv geladener Zwischenzustand)

Fragmentationsmuster von CO2 nach Protonensto

Dargestellt sind die Wirkungsquerschnitte fr die Erzeugung der einzelnen Fragmente relativ zur nicht-dissoziativen einfachen Ionisation EINBETTEN Equation.3 , sowie der experimentelle Wirkungsquerschnitt fr die K-Schalen-Ionisation

Fragmentationsmuster von N2O nach Protonensto

Dargestellt sind die Wirkungsquerschnitte fr die Erzeugung der einzelnen Fragmente relativ zur nicht-dissoziativen einfachen Ionisation EINBETTEN Equation.3 , sowie der experimentelle Wirkungsquerschnitt fr die K-Schalen-Ionisation

Fragmentationsmuster von OCS nach Protonensto

Dargestellt sind die Wirkungsquerschnitte fr die Erzeugung der einzelnen Fragmente relativ zur nicht-dissoziativen einfachen Ionisation EINBETTEN Equation.3 , sowie der experimentelle Wirkungsquerschnitt fr die K- und die L-Schalen-Ionisation

Paarfragmente (Fragmente aus Zweifachkoinzidenzen)

Ausschnitte aus der Density-Map von N2O

Dargestellt ist in beiden Fllen die Korrelation von N+ mit O+, links in perspektivisch dreidimensionaler Form als Gebirgszug, rechts in der zweidimensionalen Projektion auf die x-y-Ebene (jeweils mit berlagerten Hhenlinien)

Gegenberstellung zweier Energieabhngigkeiten des Wirkungsquerschnitts fr (Fragment)Ionen aus H+ ( CO2

Markante Unterschiede sind v.a. im unteren Energiebereich erkennbar

Fragment-PaarAppearance

Potential [eV]Ekin=460AP [keV]Es,max [keV]C+/O+502326,4C+/S+4018,424O+/S+4520,724,3O+/CS+4018,422,4CO+/S+3315,222,4S++/CO+632924,2 (~30) EINBETTEN Equation.3

Energieabhngigkeiten der Wirkungsquerschnitte fr die Erzeugung ausgewhlter Paarfragmente von OCS

Appearance Potentiale, zugehrige kinetische Energien des Projektil-Ions und Energien bei Erreichung des jeweiligen maximalen Wirkungsquerschnitts (APs entnommen aus: Masuoka, T.: J. Chem. Phys. 98, 6989 (1993))

Parameterraum fr die beiden Gren ( und (, wie sie in Fits fr Ste von H+ mit CO2 bestimmt wurden

Frag-mentAP [eV](N2O+12,90,34NO+140,36N2+17,30,55O+15,31,41N+20,11,43N++571,81O++60,82,27

Parameterraum fr die beiden Gren ( und (, wie sie in Fits fr Ste von H+ mit N2O bestimmt wurden

Parameterraum fr die beiden Gren ( und (, wie sie in Fits fr Ste von H+ mit OCS bestimmt wurden

berblick ber die Projektil- und Energie-Abhngigkeiten der absoluten Wirkungsquerschnitte

System der Potentialenergiekurven fr ein zweiatomiges Molekl AB und sein Ion AB+

Oben rechts: Verteilungen der kinetischen Energien, die im Dissoziationsproze beobachtbar sind

(AE: experimentell beobachtbare Appearance Potentiale, TE: berechnete Schwellenergien fr den jeweiligen Dissoziationsproze)

Potentialkurvendarstellung prdissoziativer Zustnde

Bildschirmdarstellung des Programms WinSCHNIPP eindimensionale und Density-Map-Darstellung

N++O++C+N+O+S+NO+CO+CS+SO+O2+N2+CO2+CO2++N2O+OCS+CO223,219,119,513,838N2O5760,820,115,31417,312,9OCS13,711,2Ionisations- bzw. Appearance Potentiale der Molekle bzw. der in den einzelnen Moleklen vertretenen Atome alle Angaben in eV (aus: Rosenstock et al.: Energetics of Gaseous Ions in: J. Phys. Chem. Ref. Data 6 (1977))

Die in Fettdruck dargestellten Werte besitzen ein mit dem Ionisationspotential von H vergleichbares Appearance Potential

Element1s1/22s1/22p1/22p3/23s1/23p1/2NameZKL1L2L3M1M2C60,2847***N70,4099***O80,5431***S162,47200,2290,1650,164**Bindungsenergien der Elektronen alle Angaben in keV (aus: Lederer, C.M. et al.: Table of Isotopes, 7th edition, Wiley Interscience, New York (1978) und: WebElements unter http://www.shef.ac.uk/~chem/web-elements/elec-nt/ (1996))

(*:aufgrund von Hybridisierung in der Valenzschale existieren keine Daten, aus denen ein zuverlssiger Wert erhalten werden kann)

Ausschnitt aus Paarfragment-Spektrum und Density-Map von Butadien nach Sten mit 60keV-Protonen