Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1787
Main Title: Fragmentationsdynamik von Edelgasclustern induziert durch Pulse weicher Röntgenstrahlung
Translated Title: Fragmentation dynamics of rare gas clusters induced by soft x-ray pulses
Author(s): Hoener, Matthias
Advisor(s): Möller, Thomas
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Motivation dieser Arbeit war es, die Fragmentationsdynamik von Edelgascluster zu untersuchen. Diese Untersuchungen wurden in zwei unterschiedlichen Experimenten durchgeführt. Durch die Verwendung von zwei verschiedenen Lichtquellen und zwei verschiedenen Detektorsystemen konnte die Fragmentation unter sehr unterschiedlichen Bedingungen betrachtet werden. Induziert wurde die Fragmentation durch Synchrotronlicht des Speicherrings DORIS und durch hoch intensive XUV-Pulse des Freien Elektronen Lasers FLASH (HASYLAB). Als Detektorsysteme wurde ein mulikoinzidenzfähiges, impulsauflösendes Reaktionsmikroskop, das im Rahmen dieser Arbeit aufgebaut und auf die speziellen Anforderungen der Clusterphysik optimiert wurde, und ein masseauflösendes Flugzeit-Spektrometer verwendet. Das Ziel der Synchrotron-Experimente war es, das Fragmentationsverhalten von festen und flüssigen Edelgasclustern um die Rayleigh-Instabilitäts-Barriere zu untersuchen. Untersucht wurden flüssige Ne-Cluster und feste Xe-Cluster. Die Verwendung eines impulsauflösenden Reaktionsmikroskops ermöglichte es erstmals detaillierte Informationen über die Fragmentationsgeometrie von komplexe Systemen wie Cluster zu erhalten. Die positiv geladenen Fragmente der Ne-Cluster zeigen für den Spaltprozess eine sehr anisotrope Winkelverteilung und einen großen Ladungs-Trennungs-Abstand, der auf eine große Mobilität der Ionen im Cluster hinweist. Dieses Ergebnis befindet sich in sehr guter Übereinstimmung mit theoretischen Arbeiten zu den Fragmentationsprozessen von Morse-Clustern. Die gemessene Fragmentationsgeometrie von Xe-Clustern ist viel isotroper und der Ladungs-Trennungs-Abstand ist von der Größenordnung des interatomaren Abstands. Diese Abweichung ist auf eine geringe Mobilität der Xe-Ionen im Cluster zurückzuführen. Das Explosionsverhalten ist für beide Systeme ähnlich und in guter Übereinstimmung mit den Simulationen. Aus diesen Daten kann man den starken Einfluss der inneren Struktur auf die Fragmentation von endlichen, schwach angeregten Systemen, speziell auf die Spaltung, erkennen. Mit dem FLASH FEL stand zum ersten Mal eine Lichtquelle für intensive XUV-Pulse zur Verfügung. Durch die Wechselwirkung von dieser hoch intensiven, kurzwelligen Strahlung wird jedes Atom im Cluster elektrisch geladen. Bisherige Untersuchungen zur Fragmentation dieser hoch angeregten Systeme wurden ausschließlich an homogenen Clustern bestehend aus einem Element durchgeführt. In dem in dieser Arbeit vorgestellten Experiment wurde das Fragmentationsverhalten von hoch angeregten heterogenen Clustern mit einem Flugzeitspektrometer untersucht. Durch die Verwendung von zwei verschiedenen Clusterkonsituenten konnte anhand des Flugzeitspektrums der Ladungstransfer innerhalb des Clusters rekonstruiert werden. Es hat sich eine starke Abhängigkeit der Fragmentation von der Clusterzusammensetzung gezeigt. Für eine geringe Konzentration von Xe-Atomen in Ar-Clustern wurde ein effzienter Ladungstransfer des hochgeladenen Xe zu den umgebenden Ar-Atomen beobachtet. Als Fragmentationsprodukte ergaben sich Ar-Ionen und XeAr-Mischfragmente. Große XeAr-Cluster deren kleiner Xe-Kern von einer vier lagigen Ar-Hülle umgeben wird zeigen ein sehr erstaunliches Fragmentationsverhalten. Die Abwesenheit von Xe-Fragmenten im Flugzeitspektrum lässt die Vermutung zu, dass Xe-Atome im Inneren des Clusters, die zu Beginn des Laser Pulses ionisiert wurden, zu einem späteren Zeitpunkt mit quasifreien Elektronen zu neutralen Atomen rekombinieren. Während die hoch geladene Ar-Hülle Coulomb explodiert, wird die Expansion des Kerns verzögert. Diese Verzögerung könnte für zukünftige abbildende Verfahren mit Röntgenlasern von großer Bedeutung sein, da sie die strengen Anforderungen an die Pulslängen entspannt. Die Ergebnisse stimmen mit aktuellen theoretischen Arbeiten gut überein.
In this work the fragmentation dynamics of rare gas clusters were investigated. The use of two light sources with very different power densities and two detection systems, the fragmentation could be probed in very different regimes. The synchrotron source DORIS was used for experiments in the regime of low intensity radiation and the free electron laser FLASH at HASYLAB for the very intense regime. As detection systems a multicoincidence, momentum resolving reaction microscope (COLTRIMS) and a mass resolving time of flight spectrometer were used. The reaction microscope was designed for the special requirements of cluster fragmentation experiments. The goal of the synchrotron experiments was the investigation of the fragmentation behavior of rare gas clusters of different inner structures around the Rayleigh-Instability-Barrier (fission or Coulomb explosion). These results were compared with a modified liquid drop model of Lord Rayleigh. The reaction microscope was used for the first time to explore the fragmentation geometry of clusters in detail. For the fission case soft Ne-clusters shew a very liquid like fragmentation behavior, whereas solid Xe-clusters deviated from this ideal drop pattern. These different responses to the generated charge could be explained with the different ion mobilities in the clusters. In the explosion regime both systems disintegrated isotropically into small ions and in agreement with the liquid drop model. This data show the strong influence of the inner structure on fragmentation for small particles consisting of a few atoms.The free electron laser FLASH is the first light source for very intense short XUV pulses. The ultra high intensity and theshort wavelength of the FLASH radiation led to highly charged atoms and to many new physical processes. In this work the fragmentation behavior of heterogeneous rare gas clusters charged by the intense XUV pulses has investigated for the first time. The heterogeneous clusters consisted of Xe- and Ar-atoms. Through the detection of the two different cluster constituents with a time of flight spectrometer, the charge separation processes and the dissociation mechanisms could be reconstructed. The data shew that the fragmentation depends sensitively on the structure of the cluster. Large XeAr-clusters, consisting of a small Xe-core and several Ar-layers, shew a very unexpected fragmentation behavior. A low intensity of detected Xe-fragments, although multiply ionized during the light pulse, suggested that the charged Xe-core recombined with quasi free electrons. The outer highly charged Ar-layer disintegrated via Coulomb explosion. This recombination led to a delayed expansion of the inner Xe-core. Such a delay could be of major interest for upcoming imaging experiments with x-ray free electron lasers, since it relaxes the strong requirements on the length of the pulses.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-17806
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2084
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1787
Exam Date: 21-Feb-2008
Issue Date: 28-Feb-2008
Date Available: 28-Feb-2008
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Cluster
COLTRIMS
Edelgas
Fragmentation
Röntgenpulse
Clusters
COLTRIMS
Fragmentation
Rare gas
X-ray pulse
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 2 Mathematik und Naturwissenschaften » Institut für Optik und Atomare Physik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_48.pdf5,37 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.