German Title: Elektronenrekombinationsexperimente an rotationsgekühlten CH+ Ionen im kryogenen Speicherring CSR

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Abstract

The present work is concerned with an experimental study of the Dissociative Recombination (DR) process for rotationally cold CH+ ions. Experiments were conducted at the electron cooler of the Cryogenic Storage Ring (CSR) facility, a merged-electron-ion-beams setup. By storing CH+ ions up to 100 s in the T<10 K CSR environment, an ensemble of the lowest three rotational states was produced and time-dependent populations were additionally characterized via photodissociation.

With the methods developed in this work, the DR cross section is obtained in the collision energy range of 0-1.3 eV as a merged-beams rate coefficient and converted into a plasma rate coefficient, which can be used for modeling the chemistry in interstellar clouds. A confinement for the pure J=0 plasma rate is provided for this purpose, resulting from time-dependent measurements on the continually cooling rotational ensemble in CSR. Imaging and arrival time detection of DR fragments are used for characterizing final atomic carbon and hydrogen states and angular fragment distributions. Here, collision energies of 0 meV, 8 meV, 70 meV and 320 meV are investigated. As a result, conclusions about the symmetry of intermediate dissociative states of the CH molecule, participating in the DR reaction, can be drawn.

Translation of abstract (German)

Die nachfolgende Arbeit befasst sich mit experimentellen Untersuchungen der Dissoziativen Rekombination (DR) an rotationsgekühlten CH+ Ionen. Der experimentelle Teil wurde am Elektronenkühler des kryogenen Speicherrings CSR durchgeführt, innerhalb dessen Elektronen- mit Ionenstrahlen überlagert wurden. Als Vorbereitung wurden CH+ Ionen bis zu 100 s im T<10 K kalten Strahlungsfeld des CSR gespeichert, sodass lediglich die drei niedrigsten Rotationszustände besetzt waren. Deren relative Besetzungen und ihre zeitliche Entwicklung wurden darüber hinaus durch Photoionisation charakterisiert. Mit den in dieser Arbeit entwickelten Methoden wird der Wirkungsquerschnitt für die DR-Reaktion im Bereich der Kollisionsenergien 0-1.3 eV in Form eines Ratenkoeffizienten für überlagerte Strahlen vermessen und in einen Plasmaratenkoeffizienten umgerechnet. Letzterer kann für Modellierung chemischer Reaktionen in interstellaren Molekülwolken benutzt werden. Besonders relevant für diese Umgebung ist der reine J=0 Plasmaratenkoeffizient, der mithilfe zeitabhängiger Messungen an dem fortwährend kühlenden Ionenensemble eingegrenzt wird. Positions- und zeitaufgelöste Messungen der DR Fragmente ermöglichen die Charakterisierung der atomaren Kohlenstoff- und Wasserstoff-Produktzustände und die Bestimmung von Fragment-Winkelverteilungen. Entsprechende Experimente werden bei Kollisionsenergien von 0 meV, 8 meV, 70 meV und 320 meV durchgeführt. Die Ergebnisse geben Einblick in die Symmetrie von kurzlebigen, dissoziativen Zuständen des CH Moleküls, die an der DR Reaktion beteiligt sind.