Ionisationsdynamik des Helium Dimers
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war, die Ionisation von Heliumdimeren mit schnellen Ionen zu untersuchen. Auf Vorschlag eines Gutachters, der sich im Projektverlauf als sehr fruchtbar herausgestellt hat, wurden die Ziele um die Untersuchung des Neon Dimers ergänzt. In den Experimenten haben wir die Erzeugung von zwei Fragmentionen aus He2 oder Ne2 durch den Beschuss der Dimere mit Protonen und Heliumionen im Detail vermessen. In Koinzidenz mit den beiden Ionen aus der Coulombexplosion der Dimere wurden auch die emittierten Elektronen mittels eines COLTRIMS Reaktionsmikroskops spektroskopiert. Wir konnten insgesamt drei Ionisationsmechanismen identifizieren: 1) Das Projektil kann in zwei unabhängigen Wechselwirkungen jedes der beiden Atome im Dimer ionisieren. Dieser Prozess ist, wie wir zeigen konnten, extrem abhängig von der Orientierung der Dimerachse zur Ionenstrahlrichtung. Besonders bei He2, dessen Bindungslänge viel größer ist als die typischen Stoßparameter für Ionisation oder Elektroneneinfang, müssen die Dimere praktisch parallel zur Ionenflugrichtung liegen, damit das Ion mit beiden Zentren wechselwirken kann. 2) Das Ion kann eines der beiden Atome doppelionisieren und das zweite unbeeinflusst lassen. Die Dimerbindung wird dadurch wesentlich attraktiver, das Molekül kontrahiert sich und wenn die Orbitale beider Partner beginnen zu überlappen wechselt ein Elektron vom neutralen zum doppeltgeladenen Partner. Die dabei freiwerdende Energie wird in Form eines Photons emittiert und die beiden dann einfach geladenen Ionen Coulomb explodieren. 3) Das Ion kann eines der beiden Atome einfach ionisieren und anregen und den zweiten Partner unbeeinflusst lassen. Wenn die Anregungsenergie hoch genug ist, führt dies zu Interatomic Coulombic Decay; die Energie wird innerhalb weniger Femtosekunden an den neutralen Nachbarn transferiert und führ dort zur Emission eines niederenergetischen Elektrons. Prozess 1) haben wir im Detail theoretisch modelliert. Wir konnten damit theoretische P(b) (Stoßparameterabhängige Ionisationswahrscheinlichkeiten) testen. Prozess 3) (ICD) ist ein vielfach diskutierter Prozess. Allerdings wurde er vor unseren Experimenten nur in Folge von Photoionisation gefunden. Wir haben ihn zum ersten Mal im Ionenstoß nachweisen können. Wir konnten zeigen, dass bei Stößen mit Geschwindigkeiten in der Nähe des Braggpeaks, wie sie für die Tumortherapie mit Ionen eigesetzt werden, ICD die Ausbeute der besonders genotoxischen niederenergetischen Elektronen um einen Faktor 5-15 erhöht. Dieser Effekt wird bisher in allen gängigen Modellen der Erzeugung von Strahlenschäden und der Tumortherapie vernachlässigt.
Publications
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Die Untersuchung der Ionisationsdynamik von Heliumdimeren in Stößen mit Alpha-Teilchen (2011)
Jasmin Titze
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Enhanced production of low energy electrons by alpha particle impact Proceedings of the Nat. Academy of Sciences of the USA, PNAS 108, 11821 (2011)
H.-K. Kim, Jasmin Titze, Markus Schöffler, Florian Trinter, Markus Waitz, Jörg Voigtsberger, Hendrik Sann, Moritz Meckel, Christian Stuck, Ute Lenz, Matthias Odenweller, Nadine Neumann, Sven Schössler, Klaus Ullmann-Pfleger, Birte Ulrich, Rui Costa Fraga, Nikos Petridis, Daniel Metz, Annika Jung, Robert Grisenti, Achim Czasch, Ottmar Jagutzki, Lothar Schmidt, Till Jahnke, Horst Schmidt-Böcking, and Reinhard Dörner
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Ionization Dynamics of Helium Dimers in Fast Collisions with He++ Physical Review Letters, 106, 033201 (2011)
J. Titze, M. S. Schöffler, H.-K. Kim, F. Trinter, M. Waitz, J. Voigtsberger, N. Neumann, B. Ulrich, K. Kreidi, R. Wallauer, M. Odenweller, T. Havermeier, S. Schössler, M. Meckel, L. Foucar, T. Jahnke, A. Czasch, L. Ph. H. Schmidt, O. Jagutzki, R. E. Grisenti, H. Schmidt-Böcking, H. J. Lüdde, and R. Dörner
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Electron transfer in fast proton-helium collisions Physical Review A, 85, 022707 (2012)
H.-K. Kim, M. S. Schöffler, S. Houamer, O. Chuluunbaatar, J. N. Titze, L. Ph. H. Schmidt, T. Jahnke, H. Schmidt-Böcking, A. Galstyan, Yu. V. Popov, and R. Dörner
