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Diplomarbeit aus dem Jahr 1996 im Fachbereich Physik - Experimentalphysik, Note: 1,3, Technische Universität München (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Zur Klärung des Verhaltens des Bremsvermögens hochenergetischer, schwerer Ionen in oberflächennahen Bereichen wird - im Hinblick auf die Elastic Recoil Detection (ERD) -Energieverlust, Ladungsausbeute und Energieverluststeuung von 60 MeV 58Ni Ionen in Gasen und in Kohlenstoffolien verschiedener Dicken in Abhängigkeit des einfallenden und analysierten Ladungszustands sowie der Targetdicke untersucht. Zur Messung an den Gasen Deuterium, Argon und Perfluorhexan wird ein differentiell gepumptes Gastarget entwickelt und eingesetzt.
Die Gleichgewichtsladungsausbeuten hinter Kohlenstoffolien werden mit tabellierten Werten verglichen und stimmen mit diesen sehr gut überein. In Abhängigkeit der Foliendicke zeigt die mittlere Ladung unterhalb 2µg pro qcm ein theoretisch erwartetes Minimum, wenn Projektile in hohem Ladungszustand auf die Folien geschossen werden.
Der in der Literatur bereits bekannte Unterschied der mittleren Ladung hinter Gasen und Festkörpern bei nahezu gleichem Bremsvermögen wird bestätigt und mögliche Ursachen werden diskutiert. Aus der Kenntnis der mittleren Ladung hinter dem Target wird versucht, auf die mittlere Ladung im Gas bzw. in den Folien zu schließen. Durch den Vergleich der effektiven Ladung mit einer korrigierten mittleren Projektilladung im Target kann auf eine zusätzliche, nichtlineare dynamische Abschirmung der Projektilladung im Festkörper geschlossen werden. Im Fall von 60 MeV 58Ni Ionen ergibt sich eine zusätzliche Abschirmung von etwa 4 Ladungen. Die zusätzliche Abschirmung der Projektile in Argon beträgt 1 - 2 Elektronen.
Die Stopping Power für Gase und Folien bei großen Targetdicken hängt nicht vom einfallenden und analysierten Ladungszustand ab. Das Bremsvermögen der Kohlenstoffolien stimmt innerhalb 5 Prozent mit den tabelliertenWerten überein. Das Verhalten des Bremsvermögens hochenergetischer, schwerer Ionen in oberflächennahen Bereichen wird zum einen durch Umladungsprozesse bestimmt, weist aber auch einen Einfluß der dynamischen Abschirmung durch die Targetelektronen auf.
Durch die Bestimmung der Energieverluststreuung in Abhängigkeit des Energieverlustes können die für schwere Ionen wichtigen Korrekturen zur Energieverluststreuung in Abhängigkeit der Targetart dargestellt werden. Dabei zeigt sich, daß bei den Gasen eine Vergrößerung der Energieverluststreuung durch Korrelationseffekte eintritt. Die Energieverluststreuung in den Kohlenstoffolien liegt unterhalb der theoretisch erwarteten Werte.
Da für die ERD ein konstantes Bremsvermögen nötig ist, folgt aus den Energieverlustmessungen an den Kohlenstoffolien, daß für 60 MeV 58Ni Ionen der Ladungszustand q = 14 eingeschossen werden sollte. Zur Auflösung einzelner Atomlagen mittels ERD sollte eine Projektilladung in der Nähe des Gleichgewichtsladungszustands verwendet werden, um so die Energieverluststreuung klein zu halten.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
1.1Prinzip der ERD1
1.2Ziel der Arbeit2
2.Stopping Power4
2.1Stopping Power nach Bethe5
2.2Beschreibung der Stopping Power in der Kontinuumstheorie6
2.3Abschirmmechanismen7
2.4Energieverluststreuung9
3.Experimenteller Aufbau11
3.1Strahlführung, Spektrograph und Detektoren11
3.2Elektronische Datenaufnahme14
3.3Kohlenstoffolien14
3.4Gastarget16
3.5Ermittlung der Gasdicke18
3.6Druckmessung und -steuerung21
4.Ergebnisse der Messungen und deren Diskussion25
4.1korrigierte Gasdicke25
4.2Ladungsausbeute und mittlere Ladung hinter dem Target28
4.3Energieverlust und Bremsvermögen36
4.4Energieverluststreuung46
5.Konsequenzen für die ERD-Analytik und Ausblick53
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Zur Klärung des Verhaltens des Bremsvermögens hochenergetischer, schwerer Ionen in oberflächennahen Bereichen wird - im Hinblick auf die Elastic Recoil Detection (ERD) -Energieverlust, Ladungsausbeute und Energieverluststeuung von 60 MeV 58Ni Ionen in Gasen und in Kohlenstoffolien verschiedener Dicken in Abhängigkeit des einfallenden und analysierten Ladungszustands sowie der Targetdicke untersucht. Zur Messung an den Gasen Deuterium, Argon und Perfluorhexan wird ein differentiell gepumptes Gastarget entwickelt und eingesetzt.
Die Gleichgewichtsladungsausbeuten hinter Kohlenstoffolien werden mit tabellierten Werten verglichen und stimmen mit diesen sehr gut überein. In Abhängigkeit der Foliendicke zeigt die mittlere Ladung unterhalb 2µg pro qcm ein theoretisch erwartetes Minimum, wenn Projektile in hohem Ladungszustand auf die Folien geschossen werden.
Der in der Literatur bereits bekannte Unterschied der mittleren Ladung hinter Gasen und Festkörpern bei nahezu gleichem Bremsvermögen wird bestätigt und mögliche Ursachen werden diskutiert. Aus der Kenntnis der mittleren Ladung hinter dem Target wird versucht, auf die mittlere Ladung im Gas bzw. in den Folien zu schließen. Durch den Vergleich der effektiven Ladung mit einer korrigierten mittleren Projektilladung im Target kann auf eine zusätzliche, nichtlineare dynamische Abschirmung der Projektilladung im Festkörper geschlossen werden. Im Fall von 60 MeV 58Ni Ionen ergibt sich eine zusätzliche Abschirmung von etwa 4 Ladungen. Die zusätzliche Abschirmung der Projektile in Argon beträgt 1 - 2 Elektronen.
Die Stopping Power für Gase und Folien bei großen Targetdicken hängt nicht vom einfallenden und analysierten Ladungszustand ab. Das Bremsvermögen der Kohlenstoffolien stimmt innerhalb 5 Prozent mit den tabelliertenWerten überein. Das Verhalten des Bremsvermögens hochenergetischer, schwerer Ionen in oberflächennahen Bereichen wird zum einen durch Umladungsprozesse bestimmt, weist aber auch einen Einfluß der dynamischen Abschirmung durch die Targetelektronen auf.
Durch die Bestimmung der Energieverluststreuung in Abhängigkeit des Energieverlustes können die für schwere Ionen wichtigen Korrekturen zur Energieverluststreuung in Abhängigkeit der Targetart dargestellt werden. Dabei zeigt sich, daß bei den Gasen eine Vergrößerung der Energieverluststreuung durch Korrelationseffekte eintritt. Die Energieverluststreuung in den Kohlenstoffolien liegt unterhalb der theoretisch erwarteten Werte.
Da für die ERD ein konstantes Bremsvermögen nötig ist, folgt aus den Energieverlustmessungen an den Kohlenstoffolien, daß für 60 MeV 58Ni Ionen der Ladungszustand q = 14 eingeschossen werden sollte. Zur Auflösung einzelner Atomlagen mittels ERD sollte eine Projektilladung in der Nähe des Gleichgewichtsladungszustands verwendet werden, um so die Energieverluststreuung klein zu halten.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
1.1Prinzip der ERD1
1.2Ziel der Arbeit2
2.Stopping Power4
2.1Stopping Power nach Bethe5
2.2Beschreibung der Stopping Power in der Kontinuumstheorie6
2.3Abschirmmechanismen7
2.4Energieverluststreuung9
3.Experimenteller Aufbau11
3.1Strahlführung, Spektrograph und Detektoren11
3.2Elektronische Datenaufnahme14
3.3Kohlenstoffolien14
3.4Gastarget16
3.5Ermittlung der Gasdicke18
3.6Druckmessung und -steuerung21
4.Ergebnisse der Messungen und deren Diskussion25
4.1korrigierte Gasdicke25
4.2Ladungsausbeute und mittlere Ladung hinter dem Target28
4.3Energieverlust und Bremsvermögen36
4.4Energieverluststreuung46
5.Konsequenzen für die ERD-Analytik und Ausblick53
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