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High-Resolution Electron Collision Spectroscopy with Multicharged Ions in Merged Beams

Lestinsky, Michael

German Title: Hochauflösende Elektronenstoßspektroskopie mit mehrfach geladenen Ionen in sich überlappenden Strahlen

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Abstract

The Heidelberg ion storage ring TSR is currently the only ring equipped with two independent devices for the collinear merging of a cold electron beam with stored ions. This greatly improves the potential of electron-ion collision experiments, as the ion beam can be cooled with one electron beam, while the other one is used as a dedicated target for energy-resolved electron collision processes, such as recombination. The work describes the implementation of this system for first electron collision spectroscopy experiments. A detection system has been realized including an ion detector and specroscopic beam-control software and instrumentation. Moreover, in order to improve the spectroscopic resolution systematical studies of intrinsic relaxation processes in the electron beam have been carried out. These include the dependence on the electron beam density, the magnetic guiding field strength, and the acceleration geometry. The recombination measurements on low-lying resonances in lithiumlike Sc$^{18+}$ yield a high-precision measurement of the $2s-2p_{3/2}$ transition energy in this system. Operation of the two-electron-beam setup at high collision energy ($\approx 1000$~eV) is established using resonances of hydrogenlike Mg$^{11+}$, while the unique possibility of modifying the beam-merging geometry confirms its importance for the electron-ion recombination rate at lowest relative energy, as demonstrated on F$^{6+}$.

Translation of abstract (German)

Der Heidelberger Ionenspeicherring TSR erlaubt es, gegenwärtig als einziger Ring, den gespeicherten Ionenstrahl parallel mit zwei Elektronenstrahlen zu überlagern. Dies verbessert erheblich das Potential für Stoßexperimente von Elektronen mit Ionen und ermöglicht es den Ionenstrahl mittels eines Elektronenstrahls zu kühlen, während gleichzeitig der andere als dediziertes Target für energieaufgelöste Elektronenstoßprozesse, wie Rekombination, verwendet wird. Diese Arbeit beschreibt die Implementation dieses Systems für erste Elektronenstoßexperimente. Ein Nachweissystem, einschließlich Detektoraufbau und einem Softwaresystem und Instrumentierung für die spektroskopische Strahlsteuerung, wurde realisiert. Ferner wurden zur Steigerung der spektroskopischen Auflösung systematische Untersuchungen der intrinsischen Relaxationsprozesse in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der Elektronenstrahlerzeugung durchgeführt. Diese sind unter anderem die Elektronendichte, die Feldstärke des magnetischen Führungsfeldes und die Geometrie der Beschleunigungsstruktur. Durch Rekombinationsmessungen an tiefliegenden Resonanzen in lithiumartigem Sc$^{18+}$ wurde die $2s-2p_{3/2}$-Übergangsenergie mit hoher Präzision bestimmt. Der Strahlbetrieb des Zwei-Elektronenstrahlen-Aufbaus wurde bei hohen Resonanzenergien (ungefähr 1000 eV) an wasserstoffartigem Mg$^{11+}$ untersucht. Schließlich wurde die einzigartige Möglichkeit, die Geometrie des Zusammenführens von Elektronen- und Ionenstrahl zu modifizieren, genutzt um dessen Bedeutung für die Elektron-Ion-Rekombinationsrate bei kleinsten Relativenergien, anhand von F$^{6+}$, zu zeigen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Andreas
Date of thesis defense: 18. April 2007
Date Deposited: 25. Apr 2007 13:56
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Dielektronische Rekombination, Speicherring, Elektronentarget, Elektronenstrahl, Elektron-Ion-Stoß
Uncontrolled Keywords: Dielectronic Recombination , Storage ring , Electron target , Electron beam , Electron-ion-collision
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