English Title: Interaction of low-energy highly charged ions with matter

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Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit experimentellen Untersuchungen der Wechselwirkung niederenergetischer hochgeladener Ionen mit neutraler Materie. Dazu wurden Messungen an Stößen langsamer Ionen mit Atomen in der Gasphase sowie mit Oberflächen durchgeführt. Der untersuchte Geschwindigkeitsbereich ist von großem Interesse sowohl für das Verständnis von Ladungsaustauschprozessen zwischen Ionen des Sonnenwinds und astrophysikalischen Gasen, als auch für die Erzeugung besonders oberflächennaher Nanostrukturen auf Isolatoren. Die dafür aufgebaute Anlage ermöglicht es, die kinetische Energie eines Strahls hochgeladener Ionen um mehr als zwei Größenordnungen zu verringern und ihn auf ein gasförmiges oder festes Target zu fokussieren. Durch den Einsatz einer Koinzidenzmethode zur gleichzeitigen Detektion der beim Ladungsaustausch emittierten Photonen und der dazugehörigen Projektil-Ionen konnten erstmals Reaktionskanäle getrennt werden, deren Überlagerung in früheren Experimenten mutmaßlich zu großen Unsicherheiten und systematischen Fehlern geführt haben. Dabei konnten überraschend große Beiträge bekannter, sowie das Auftreten bisher nur vermuteter Zerfallsprozesse im Spektrum Ladungsaustausch-induzierter Röntgenemission erstmals experimentell belegt werden.

Translation of abstract (English)

The thesis presented herein deals with experimental studies of the interaction between highly charged ions and neutral matter at low collision energies. The energy range investigated is of great interest for the understanding of both charge exchange reactions between ions comprising the solar wind and various astrophysical gases, as well as the creation of near-surface nanostructures. Over the course of this thesis an experimental setup was constructed, capable of reducing the kinetic energy of incoming ions by two orders of magnitude and finally focussing the decelerated ion beam onto a solid or gaseous target. A coincidence method was employed for the simultaneous detection of photons emitted during the charge exchange process together with the corresponding projectile ions. In this manner, it was possible to separate reaction channels, whose superposition presumably propagated large uncertainties and systematic errors in previous measurements. This work has unveiled unexpectedly strong contributions of slow radiative decay channels and clear evidence of previously only postulated decay processes in charge exchange-induced x-ray spectra.