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Fragmentation of molecular ions in slow electron collisions

Novotny, Steffen

German Title: Fragmentation von Molekülionen in Kollisionen langsamer Elektronen

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Abstract

The fragmentation of positively charged hydrogen molecular ions by the capture of slow electrons, the so called dissociative recombination (DR), has been investigated in storage ring experiments at the TSR, Heidelberg, where an unique twin-electron-beam arrangement was combined with high resolution fragment imaging detection. Provided with well directed cold electrons the fragmentation kinematics were measured down to meV collision energies where pronounced rovibrational Feshbach resonances appear in the DR cross section. For thermally excited HD+ the fragmentation angle and the kinetic energy release were studied at variable precisely controlled electron collision energies on a dense energy grid from 10 to 80 meV. The anisotropy described for the first time by Legendre polynomials higher 2nd order and the extracted rotational state contributions were found to vary on a likewise narrow energy scale as the rotationally averaged DR rate coefficient. Ro-vibrationally resolved DR experiments were performed on (H2)+ produced in distinct internal excitations by a novel ion source. Both the low-energy DR rate as well as the fragmentation dynamics at selected resonances were measured individually in the lowest two vibrational and first three excited rotational states. State-specific DR rates and angular dependences are reported.

Translation of abstract (English)

Die Fragmentation positiver Wasserstoff Molek¨ulionen durch den Einfang langsamer Elektronen, die sogenannte Dissoziative Rekombination (DR), wurde in Speicherring-Experimenten am TSR, Heidelberg, durch gleichzeitige Überlagerung zweier unabhängiger Elektronenstrahlen und mit hochauflösenden Fragmentationsabbildungsdetektoren untersucht. Die Framentationskinematik konnte mit Hilfe kalter Elektronen bis in den Bereich einiger meV Kollisionsenergie bestimmt werden, wo ausgeprägte Rotations- und Vibrationsresonanzen im DR Wirkungsquerschnitt auftreten. Für thermisch angeregtes HD+ wurden Fragmentationswinkel als auch die freiwerdende kinetisch Energie auf einem feinmaschigen Gitter zwischen ca. 10 und 80 meV präziser eingestellter Kollisionsenergie bestimmt. Die beobachtete Anisotropie, erstmals beschrieben durch Legendre-Polynome grösser zweiter Ordnung, als auch die Rotationsbeiträge variieren dabei vergleichbar mit dem rotations-gemittelten DR Ratenkoeffizienten. Rotations- und vibrationsaufgelöste DR Experimente an (H2)+ wurden durch eine neu entwickelte Ionenqelle ermöglicht. Sowohl der DR Ratenkoeffizient als auch die Fragmentationsdynamik bei ausgewählten Resonanzen niedriger Kollisionsenergie konnten selektiv in den untersten beiden Vibrations- und den ersten drei angeregten Rotationszuständen untersucht werden. Zustandsabhängige DR Raten und Winkelverteilungen werden vorgestellt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Dr. Andreas
Date of thesis defense: 25 June 2008
Date Deposited: 03 Jul 2008 14:24
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Dissoziative Rekombination, Molekülion, Winkelverteilung, CCD-Videokamera, Speicherring, Elektron-Molekül-Stoß, Rotationszustand
Uncontrolled Keywords: 3D Fragment Abbildung , CCD Kamera System , schneller optischer Verstärker , Partialwelle , Feshbach Resonanzenpartial wave , MCP , 3D Fragment Imaging , TSR storage ring , dissociative recombination , angular distribution , 2D Imaging , state selective
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