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Präzisionsröntgenspektroskopie zur absoluten Wellenlängenbestimmung an hochgeladenen Ionen

Braun, Johannes

English Title: High precision X-ray spectroscopy for the absolute wavelength determination in highly charged Ions

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PDF, German
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Abstract

Zusammenfassung: In dieser Arbeit wurden erstmals mit dem sogenannten Bond-Verfahren präzise Absolut- und Relativmessungen von Röntgenübergängen in hochgeladenen Ionen durchgeführt. Neben weiterer Übergänge wurde die Energie des Lyman-alpha1 Übergangs in Ar^17+ und die der Resonanzlinie 1s2p 1^P_1 → 1s^2 1^S_0, 'w' in Ar^16+ zu 3323.035(60) eV (absolut) bzw. 3139.583(6) eV (relativ) bestimmt. Es handelt es sich dabei jeweils um die bisher genauesten Absolut- bzw. Relativmessungen von Röntgenübergängen in hochgeladenen Ionen, mit respektiven Fehlern von 18 ppm und 2 ppm, innerhalb derer die theoretischen Vorhersagen bestätigt werden. Die experimentelle Bestimmung dieser Röntgenwellenlängen, sowie auch die der Lyman-alpha1 Linie in Cl^16+, der 'w' Linie in Cl^15+ und des 'z' Übergangs 1s2s 3^S_1→ 1s^2 1^S_0 in Ar^16+ fand an der Heidelberger Elektronenstrahlionenfalle (HD-EBIT) statt. Ein neuartiges, hochpräzises Verfahren zur Bragg-Winkelbestimmung wurde entwickelt, welches zwei Strahlen sichtbaren Lichts nutzt, um die zur Bragg-Winkelmessung notwendige Einfallsrichtung der reflektierten Röntgenstrahlung festzustellen. Es wurde ein neues Kristallspektrometer entwickelt und aufgebaut, welches das neue Verfahren mit der Bond-Methode kombiniert. Die Ergebnisse zeigen, dass zukünftig eine absolute Präzision von 1 ppm durchaus realisierbar ist und damit die genauesten Tests quantenelektrodynamischer Rechnungen von Ein-, Zwei oder Mehrelektronensystemen durchgeführt werden können. Zudem rückt damit das Ziel in greifbare Nähe, eine Vielzahl von Referenzlinien zur Verfügung zu stellen und letztendlich einen neuen Röntgenstandard zu definieren.

Translation of abstract (English)

Abstract: Within this work, the first absolute high-precision wavelength measurements on highly charged ions using the Bond-method were carried out. Measuring the Lyman-alpha_1 transition in Ar^17+ and the resonance line (1s2p 1^P_1 → 1s^2 1^S_0, 'w') in Ar^16+ resulted in an energy of 3323.035(60) eV (absolute) and 3139.583(6) eV (relative). These are so far the most precise absolute and relative measurements ever made of x-ray transitions in highly charged ions. The errors are 18 ppm and 2 ppm, respectively, and the results agree well with theoretical predictions. The experiments to determine the wavelengths of these lines and also of the Lyman-alpha_1 line in Cl^16+, the 'w' line in Cl^15+, as well as the 'z' transition (1s2s 3^S_1 → 1s^2 1^S_0) in Ar^16+ were performed at the Heidelberg EBIT. A novel, highly accurate technique of Bragg-angle determination was developed, employing two beams of visible light reflected on the x-ray crystal to identify the incoming direction of the reflected x-rays. A new spectrometer which uses this new technique in combination with the Bond-method was designed and built. The results indicate that in the near future a precision of 1 ppm is achievable and, hence, the most accurate tests of QED calculations for one-, two- and many-electron systems can be implemented. Furthermore, the goal to provide a large variety of reference lines and to finally establish a new x-ray standard starts to become accessible.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Ullrich, Prof. Dr. Joachim
Date of thesis defense: 28 June 2006
Date Deposited: 17 Jul 2006 11:40
Date: 2006
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Quantenelektrodynamik, Bragg-Röntgenspektrometer, Atomphysik, Lamb-Shift, Absolutmessung, Lyman-Alpha-Strahlung, Charakteristische Röntgenstrahl
Uncontrolled Keywords: Elektronenstrahlionenfalle , Bondverfahren , RöntgenstandardEBIT , x-ray , absolute , QED , highly charged Ions
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