Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 1996.

Universiẗat, Diss., 2001--München.

Universiẗat, Diss., 2004--München.

University, Diss., 2004--München.

Using a cryogenic linear 22-pole rf ion trap, rate coefficients for H/D exchange reactions of OH− with D2 (1) and OD− with H2 (2) have been measured at temperatures between 11 K and 300 K with normal hydrogen. Below 60 K, we obtained k1 = 5.5 × 10−10 cm3 s−1 for the exoergic reaction (1). Upon increasing the temperature above 60 K, the data decrease with a power law, k1(T) [similar] T−2.7, reaching ≈1 × 10−10 cm3 s−1 at 200 K. This observation is tentatively explained with a decrease of the lifetime of the intermediate complex as well as with the assumption that scrambling of the three hydrogen atoms is restricted by the topology of the potential energy surface. The rate coefficient for the endoergic reaction (2) increases with temperature from 12 K up to 300 K, following the Arrhenius equation, k2 = 7.5 × 10−11 exp(−92 K/T) cm3 s−1 over two orders of magnitude. The fitted activation energy, EA-Exp = 7.9 meV, is in perfect accordance with the endothermicity of 24.0 meV, if one accounts for the thermal population of the rotational states of both reactants. The low mean activation energy in comparison with the enthalpy change in the reaction is mainly due to the rotational energy of 14.7 meV contributed by ortho-H2 (J = 1). Nonetheless, one should not ignore the reactivity of pure para-H2 because, according to our model, it already reaches 43% of that of ortho-H2 at 100 K. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Hochgeladene Ionen stellen einen extremen Zustand der Materie dar, wie sie vornehmlich in kosmischen Plasmen zu finden ist. Die labormäßige Erzeugung und (spektroskopische) Untersuchung hochgeladener Ionen liefert wichtige Daten und Erkenntnisse für die Astrophysik und Fusionsforschung. Aufgrund ihrer zum Teil exotischen Eigenschaften besitzen hochgeladene Ionen ein großes Potential für eine Vielzahl neuer Anwendungen. Die bisher weltweit einzige Elektronenstrahl-Ionenfalle, die hochgeladene Ionen bis hin zu vollständig ionisierten Ionen unter Raumtemperaturbedingungen erzeugen und bereitstellen kann, die Dresden EBIT, ist Gegenstand der vorgelegten Arbeit. Die Dresden EBIT zeichnet sich neben ihrer Kompaktheit und einer einfachen Bedienung durch ihre Langzeitstabilität aus. Sowohl über Röntgenspektren als auch über die Extraktion der Ionen aus der EBIT konnte für eine Reihe von Elementen der Nachweis der Erzeugung von vollständig ionisierten Ionen bis Z=28 erbracht werden. Für schwere Elemente können Ionenladungszustände bis hin zu neonähnlichen Ionen erzeugt werden. Entscheidenden Einfluss auf den erzielten mittleren Ladungszustand hat die Ioneneinschlusszeit. Die zeitliche Entwicklung der Ladungszustandsverteilung, wie sie im Zusammenspiel der verschiedenen atomaren Prozesse simuliert werden kann, ist sowohl an einer Reihe von röntgenspektroskopischen Messungen als auch anhand von Extraktionsspektren untersucht worden. Neben der Beladung der EBIT mit gasförmigen Elementen ist insbesondere die Beladung mit Metallen, d. h. mit einem möglichst breiten Spektrum an Elementen gefordert. Die Beladung mit leichtflüchtigen metallorganischen Verbindungen, die über das Gaseinlassventil eingebracht werden können, hat sich als erfolgreiche und preiswerte Alternative zu einer MEVVA-Quelle erwiesen. Die Beladung mit Metallionen ist am Beispiel verschiedener Untersuchungen gezeigt. Der monoenergetische Elektronenstrahl gestattet neben der Untersuchung von Anregungs- und Ionisationsprozessen insbesondere die der wichtigen Rekombinationsprozesse des Strahlenden Einfangs und der Dielektronischen Rekombination. Der Einsatz eines Kristalldiffraktionsspektrometers erlaubt trotz einer aufwendigen Kalibrierung und sehr langen Messzeiten die Auflösung einzelner Übergänge in hochgeladenen Ionen. Hauptanwendungsfeld der Dresden EBIT wird der Einsatz als Ionenquelle sein. Aus den Untersuchungen des extrahierten Gesamtionenstroms können die Bedingungen für einen möglichst großen Ionenstrom und einen optimalen Ionenstrahltransport abgeleitet werden. Eine optimale Ausnutzung der Eigenschaften hochgeladener Ionen erfordert die Separation der einzelnen Ladungszustände. Der Nachweis der sehr kleinen Ionenströme erfolgt über die kapazitive Messung in einem Faradaycup. Die Messung der Ladungszustandsverteilung in Abhängigkeit von den Parametern der EBIT gibt zusätzliche Aufschlüsse über die Eigenschaften der Ionenfalle.

In der vorliegenden Arbeit werden in einer Guided-Ion-Beam - Apparatur Ionen-Molekuel-Reaktionen einfacher Kohlenwasserstoffsysteme in der Gasphase untersucht. Dabei werden die Methoden zur Messung von differentiellen und integralen Querschnitten auf polyatomare Systeme uebertragen und insbesondere der Informationsgehalt differentieller Querschnitte fr komplexere, polyatomare Reaktionssysteme analysiert. Es werden Reaktionen zwischen dem Methyl-Kation (CH3+/CD3+) und den Neutralmolekuelen Methan, Ethan, Propan, Ethen und Propen untersucht. Fuer Stossenergien zwischen 0.1 eV und 7 eV werden absolute Ratenkoeffizienten der einzelnen Reaktionskanaele gemessen und aus der Analyse der Produktgeschwindigkeitsverteilungen eine Zuordnung zu grundlegenden Reaktionsmechanismen vorgenommen. Durch Vergleich der Einzelergebnisse zeigen sich grundlegende Gemeinsamkeiten, aber auch entscheidende Unterschiede in der Reaktionsdynamik kleiner Kohlenwasserstoffsysteme. Fuer die Reaktionen mit Alkanen wird ein umfassendes Reaktionsmodell diskutiert. Die apparative Erweiterung um einen 22-Pol-Zwischenspeicher erlaubt die Relaxation angeregter Primaerionen. An zwei Beispielen wird die Funktionsfaehigkeit demonstriert.

Das wissenschaftliche Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von optischen und chemischen Eigenschaften von kohlenstoffhaltigen Teilchen im besonderen Fullerene bei hohen Temperaturen. Die Arbeit behandelt im Detail den Aufbau und die Charakterisierung einer Messapparatur zur Untersuchung von Fulleren-Kationen. Nach einer kurzen Einführung zum Thema und einer Beschreibung des Aufbaus der Arbeit beginnt diese mit der Charakterisierung der Apparatur als Ganzes und ihrer Elemente. Dazu gehört die weiterentwickelte Sublimationsionenquelle, der Quadrupolspeicher und der Ionendetektor. Es werden eingehende Messungen zur Speicherung und zum Nachweis der absoluten Zahl von gespeicherten Ionen vorgestellt. Weiterhin wird das optische Nachweissystem bezüglich der Sammelleistung und des Empfindlichkeit eingehend untersucht. Nach der Einführung in die Apparatur wird die Verteilung der Ionen im Speicher näher beleuchtet und gezeigt, dass ein optischer Nachweis der Zahl gespeicherter Ionen möglich ist. Außerdem wird gezeigt, dass es gelingt die kinetische Temperatur der Ionen im Speicher, durch die geometrische Vermessung der Ionenverteilung zu bestimmen. Im weiteren wird auf die thermische Emission heißer C60+ näher eingegangen. Dazu wird ein klassisches dielektrisches Modell zur thermischen Emission vorgestellt. Es werden Messprinzipien zur Temperaturbestimmung der lasergeheizten Ionen erörtert und Messungen zur Temperatur des Ionenensembles präsentiert. Weiterhin werden Messungen zum C2-Verlust von C60+ als Funktion der Temperatur vorgestellt. Die experimentell ermittelte Aktivierungsenergie der C2-Verlustreaktion mit Ea = 2,3...5,4eV zeigt deutliche Abweichungen zu bekannten Literaturwerten. Die Ergebnisse dieser Messung werden mit einer nummerischen Simulation zur Energieverteilung im Ionenensemble diskutiert. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf weitere experimentelle Möglichkeiten der Messmethode. / The scientific goal of this work is the study of optical and chemical properties of carbon containing particles especially fullerenes at high temperatures. This work covered the construction and characterization of the measuring apparatus for the investigation of fullerene cations. It follows a characterization of the apparatus and its elements after a short introduction and a description of the structure of this work. This involved the further developed sublimation ion source, the quadrupole trap and the ion detections system. Extensive measurements of the ion trapping and the proof of the absolute number of trapped ions are presented. Further on the optical detections system is characterized in depth regarding the collection efficiency and sensitivity. After the introduction in the apparatus the distribution of the ions inside the trap is closer examined. The possibility of the optical detections of the number of trapped ions is shown. Additionally it is pointed out that the kinetic temperature of the ions can be extracted by geometrical measurement of the ion distribution. Further on it is enlarged on the thermal emission of hot C60. For this a classical dielectric model for the thermal emission is presented. Measuring principals of the temperature determination of laser heated ions are discussed and temperature measurements of the ion ensemble are presented. Measurements of the C2-loss as function of the temperature are presented. The results of the extracted activation energy of Ea = 2.3...5.4eV for the C2-loss reaction of C60+ shows a discrepancy to literature results. The results of this measurements are discussed with help of an numerical simulation of the internal energy distribution of the ion ensemble. This work closes with a summery and an outlook of further experimental potentialities of the measuring method.

Das wissenschaftliche Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von optischen und chemischen Eigenschaften von kohlenstoffhaltigen Teilchen im besonderen Fullerene bei hohen Temperaturen. Die Arbeit behandelt im Detail den Aufbau und die Charakterisierung einer Messapparatur zur Untersuchung von Fulleren-Kationen. Nach einer kurzen Einführung zum Thema und einer Beschreibung des Aufbaus der Arbeit beginnt diese mit der Charakterisierung der Apparatur als Ganzes und ihrer Elemente. Dazu gehört die weiterentwickelte Sublimationsionenquelle, der Quadrupolspeicher und der Ionendetektor. Es werden eingehende Messungen zur Speicherung und zum Nachweis der absoluten Zahl von gespeicherten Ionen vorgestellt. Weiterhin wird das optische Nachweissystem bezüglich der Sammelleistung und des Empfindlichkeit eingehend untersucht. Nach der Einführung in die Apparatur wird die Verteilung der Ionen im Speicher näher beleuchtet und gezeigt, dass ein optischer Nachweis der Zahl gespeicherter Ionen möglich ist. Außerdem wird gezeigt, dass es gelingt die kinetische Temperatur der Ionen im Speicher, durch die geometrische Vermessung der Ionenverteilung zu bestimmen. Im weiteren wird auf die thermische Emission heißer C60+ näher eingegangen. Dazu wird ein klassisches dielektrisches Modell zur thermischen Emission vorgestellt. Es werden Messprinzipien zur Temperaturbestimmung der lasergeheizten Ionen erörtert und Messungen zur Temperatur des Ionenensembles präsentiert. Weiterhin werden Messungen zum C2-Verlust von C60+ als Funktion der Temperatur vorgestellt. Die experimentell ermittelte Aktivierungsenergie der C2-Verlustreaktion mit Ea = 2,3...5,4eV zeigt deutliche Abweichungen zu bekannten Literaturwerten. Die Ergebnisse dieser Messung werden mit einer nummerischen Simulation zur Energieverteilung im Ionenensemble diskutiert. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf weitere experimentelle Möglichkeiten der Messmethode. Ersetzt durch neues Dokument, wegen URL auf Titelseite. / The scientific goal of this work is the study of optical and chemical properties of carbon containing particles especially fullerenes at high temperatures. This work covered the construction and characterization of the measuring apparatus for the investigation of fullerene cations. It follows a characterization of the apparatus and its elements after a short introduction and a description of the structure of this work. This involved the further developed sublimation ion source, the quadrupole trap and the ion detections system. Extensive measurements of the ion trapping and the proof of the absolute number of trapped ions are presented. Further on the optical detections system is characterized in depth regarding the collection efficiency and sensitivity. After the introduction in the apparatus the distribution of the ions inside the trap is closer examined. The possibility of the optical detections of the number of trapped ions is shown. Additionally it is pointed out that the kinetic temperature of the ions can be extracted by geometrical measurement of the ion distribution. Further on it is enlarged on the thermal emission of hot C60. For this a classical dielectric model for the thermal emission is presented. Measuring principals of the temperature determination of laser heated ions are discussed and temperature measurements of the ion ensemble are presented. Measurements of the C2-loss as function of the temperature are presented. The results of the extracted activation energy of Ea = 2.3...5.4eV for the C2-loss reaction of C60+ shows a discrepancy to literature results. The results of this measurements are discussed with help of an numerical simulation of the internal energy distribution of the ion ensemble. This work closes with a summery and an outlook of further experimental potentialities of the measuring method. Replaced by new document, because of URL on the title page.

Heidelberg, Univ., Diss., 2007.