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Comparison of impact ionisation plasma with laser ionisation

Mocker, Anna

German Title: Vergleich von Einschlagsionisationsplasmen mit Laserionisation

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Abstract

Impact ionisation is the basis for the method yielding the highest sensitivity for detection of dust particles in space. To cover a sufficiently big energy range for the investigation of dust particle impacts and the calibration of impact ionisation instruments, we attempted to supply the dust accelerator at the MPI for Nuclear Physics with laser ionisation. Therefore it is nec- essary to investigate the properties of both processes with respect to their comparability. For this, the characteristics of the emerging plasma, such as the velocity distribution of the ions, and the ion appearance in the TOF mass spectra are analysed and compared. The findings of this study show that, in general, laser ionisation plasma is not comparable to that generated by hypervelocity particle impacts. However, particular aspects of the the laser ionisation process can be used as a rough substitute for particle impacts, i.e. optimising and testing electronic components for impact ionisation instruments. Furthermore, the dependence of the plasma properties on the impact parameters were studied. Here, the experimental results imply that the defining parameter of the impact process is either the impact velocity or the energy density.

Translation of abstract (German)

Die effektivste Methode zum Nachweis von kosmischen Staubteilchen direkt im Weltall beruht auf dem Prozeß der Einschlagsionisation. Zur Kalibration der dabei verwendeten Instru- mente muß einen genügend großen Energiebereich abgedeckt werden. Deshalb wird darüber nachgedacht, den Staubbeschleuniger am MPI für Kernphysik in Heidelberg mit einem Auf- bau zur Laserionisation zu ergänzen. Nun ist es aber notwendig, die Vergleichbarkeit beider Prozesse zu untersuchen. Hierfür werden die Eigenschaften des beim Einschlag entstehenden Plasmas mit dem der Laserionisation verglichen. Dies sind z.B. die Geschwindigkeitsverteilung der Ionen oder die Häufigkeiten, mit für das Massenlinien in Flugzeitmassenspektren auf- tauchen. Hier zeigen die Experimente, die für beide Prozesse unter gleichen Bedingungen mit dem gleichen Aufbau durchgeführt wurden, daß im Allgemeinen nicht von einer Vergle- ichbarkeit ausgegangen werden kann. Jedoch kann Laserionisation zur Simulation von bes- timmten Aspekten des Teilcheneinschlags genutzt werden. Zum Beispiel kann ein Laser zum Test und zur Kalibration von Einschlagsionisationsinstrumenten genutzt werden. Darüber hinaus wurden untersucht, wie die Eigenschaften des Einschlagsplasmas von den Parametern des Teilcheneinschlags abhängen. Hier weisen die Experimente darauf hin, daß die bestimmenden Parameter des Einschlags die Geschwindigkeit des Teilchens und oder oder die Energiedichte sind.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Grün, Prof. Dr. Eberhard
Date of thesis defense: 19 January 2011
Date Deposited: 18 Feb 2011 09:07
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Kosmischer Staub, Plasmaerzeugung, Laserionisation
Uncontrolled Keywords: Einschlagsphysik , Einschlagsplasma , TOF-Massenspektrometrie , StoßwellenionisationImpact Physics , impact ionisation plasma , TOF mass spectroscopy , shock wave ionsation , cosmic dust , laser ionsation
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