scholarly journals Investigation of electron capture in swift C4+ (1s2s 3S) collisions with gas targets using a zero-degree Auger projectile spectroscopy apparatus built with the L45 beam line at the ‘Demokritos’ 5.5MV tandem accelerator

2021 ◽  
Author(s):  
Ιωάννης Μαδέσης

Η παρούσα διατριβή εστιάζει ως επί το πλείστον στην μελέτη της παρακάτω διεργασίας κρούσης: C4+(1s2s 3S) + T->C3+ (1s2s2p 4P, 2P±) + T+, κατά την οποία μια υψηλά φορτισμένη δέσμη ηλιοειδών ιόντων C4+ στη μακρόβια, μετασταθή κατάσταση 1s2s 3S συγκρούεται με αέριους στόχους (He, H2). Κατά τη κρούση αυτή, ένα ηλεκτρόνιο από τον στόχο δεσμεύεται στο 2p τροχιακο του ιόντος άνθρακα (ένας μηχανισμός γνωστός ως σύλληψη/ηλεκτρονίου), οδηγώντας στην παραγωγή των διπλά διεγερμένων λιθιοειδών καταστάσεων 1s2s2p 4P (quartet), 1s2s2p 2P- (εν συντομία 2P- ) και 1s2s2p 2P+ (εν συντομία 2P+), (doublet), μεταξύ άλλων που θα συζητηθούν μετέπειτα στο κείμενο. Αυτή η διεργασία κρούσης μπορεί εύκολα να διερευνηθεί πειραματικά, καθώς ο αρχικός 1s2s 3S, ιοντικός σχηματισμός είναι μετασταθής και ως εκ τούτου, συνυπάρχει σε διάφορες αναλογίες με τα 1s2 ιόντα στη θεμελιώδη κατάσταση κατά τη παραγωγή της δέσμης από τον επιταχυντή.Το βασικό ενδιαφέρον στη παραπάνω διεργασία έγκειται στο ερώτημα του αν οι καταστάσεις 4P και 2P± με παρόμοια 1s2s2p ηλεκτρονιακή διάταξη εποικίζονται κατά την 2p σύλληψη σύμφωνα με τη στατιστική των σπιν, δηλαδή κατά τον λόγο R των εκφυλισμών των spin για την quartet προς τις doublets. Η έννοια της εποίκισης σύμφωνα με τη στατιστική των σπιν είναι βασικού ενδιαφέροντος, καθώς οι περισσότεροι μηχανισμοί κατά τη διάρκεια ατομικών κρούσεων θεωρείται ότι ακολουθούν αυτή τη στατιστική. Πιο συγκεκριμένα, έχει βρεθεί ότι στη παραπάνω διεργασία δεν ακολουθεί αυτή τη στατιστική, όπως πρωτοπαρουσιάστηκε το 2004 για ηλιοειδή ιόντα φθορίου (F7+) οδηγώντας σε αμφιλεγόμενα συμπεράσματα. Σε αυτή τη διατριβή, οι διαφορικές ενεργείς διατομές Δσ/ΔΩ προσδιορίζονται για κάθε ένα από τα παραγώμενα 1s2s2p επίπεδα, χρησιμοποιώντας την υψηλής διακριτικής ικανότητας φασματογραφία Auger ηλεκτρονίων ιόντων δέσμης γνωστή ως ZAPS, όπου το παραγόμενο Auger ηλεκτρόνιο eA μετράται στις 0 μοίρες σε σχέση με τη κατεύθυνση της δέσμης. Προς αυτό το σκοπό, μια νέα πειραματική γραμμή L45, μαζί με μια μοναδική, υπερσύγχρονη πειραματική εγκατάσταση δημιουργήθηκε από το μηδέν, στον μοναδικό ερευνητικό επιταχυντή βαρέων ιόντων στην Ελλάδα, τον 5.5 MV tandem Van ded Graaff επιταχυντή (για συντομία tandem), που λειτουργεί από το 1972 στο Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών "ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ", στην Αθήνα. Επιπλέον, αυτή η νέα πρωτοβουλία ατομικής φυσικής περιλαμβάνει ουσιώδεις αλλαγές στο υπάρχον υλικό και τρόπο λειτουργίας του επιταχυντή tandem, που χρησιμοποιείται κυρίως για πειράματα πυρηνικής φυσικής με τη πλειονότητα των πειραμάτων να αφορά τη χρήση δεσμών πρωτονίων. Τα πειραματικά αποτελέσματα, με τη χρήση της μεθόδου ZAPS, όσων αφορά τους σχετικούς πληθυσμούς των quartet και doublet καταστάσεων, είναι σε συμφωνία με παλιότερες, διορθωμένες μετρήσεις. Ταυτόχρονα, έγιναν υπολογισμοί από πρώτες αρχές από την ομάδα θεωρητικών του καθ. Alain Dubois - UPMC-Sorbone και CNRS Paris, οι οποίοι περιλαμβάνουν για πρώτη φορά 3 ενεργά ηλεκτρόνια. Αυτά τα παρουσιασμένα αποτελέσματα, επιλύουν την προϋπάρχουσα διαφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος και εφιστούν την προσοχή στην περιορισμένη προγνωστική ισχύ της frozen core προσέγγισης όσον αφορά την σπιν στατιστική σε ιδιαιτέρως συσχετισμένα δυναμικά ατομικά συστήματα.

2019 ◽  
Vol 23 ◽  
pp. 65
Author(s):  
I. Madesis ◽  
A. Dimitriou ◽  
S. Doukas ◽  
A. Laoutaris ◽  
C. Nounis ◽  
...  

University of Crete (UoC) has initiated the research initiative APAPES funded by THALES‡ that has already set up a new experimental station with a beam line dedicated solely on basic atomic physics research. This new experiment utilizing Zero-degree Auger Projectile Spectroscopy (ΖΑPS) is located at the 5 MV TANDEM accelerator of the National Center for Scientific Research (NCSR) “Demokritos” in Athens, and has been put together to perform high resolution studies of electrons emitted during ion-atom collisions. The apparatus consists of a Hemispherical Deflector Analyzer (HDA) combined with a 2-dimensional Position Sensitive Detector (PSD) and a doubly-differentially pumped gas cell containing the gas-target. The goal is to perform a systematic isoelectronic investigation of K-Auger spectra emitted from pre-excited and ground state He-like ions in collisions with gas targets using novel techniques. So far, various Auger electron spectra produced through collisions of mixed state (1s2, 1s2s3S) C4+ ion beam with various gas targets have been recorded. In addition, detailed simulations using SIMION have also explored the optimal lens voltages and the solid angle correction factors for long-lived metastable states. A terminal gas stripper system is scheduled to be installed in the accelerator, extending its range of available charge states and enabling the production of pure ground state as well as mixed state beams with different metastable fractions, a measurement vital to APAPES. Here, we report on the progress made up to date on the APAPES project, the description of the apparatus, updated results and plans for the near future.


2019 ◽  
Vol 26 ◽  
pp. 125
Author(s):  
I. Madesis ◽  
A. Laoutaris ◽  
E. P. Benis ◽  
T. J. M. Zouros

Single electron transfer to the 1s2s 3S long-lived component of the naturally occurring mixed-state(1s2, 1s2s 3S) C4+ion beam in collisions with gas targets was investigated using zero-degree Auger projectile spectroscopy at the Demokritos 5.5 MV tandem accelerator. The observed KLL Auger spectrum contains 1s2s2p 2P and 4P states resulting from direct 2p transfer to the 1s2s 3S. Higher lying (1s2s 3S)nl2,4L states produced by nl transfer (n>2) were also observed and can in principle feed the lower lying 1s2s2p2Pand 4Pstates. However, due to spin selection rules only the quartets have large enough radiative branching ratios resulting in a proposed selective feeding of only the 1s2s2p 4P state by E1 cascades, while minimally affecting the 1s2s2p 2P states. In the absence of cascades, the ratio of cross sections for 2p transfer to the 1s2s 3S state, Rm≡ σm(4P)/σm(2P), is 2 according to spin statistics. However, the 1s2ground state beam component also contributes to the production of the 1s2s2p 2P doublet states by transfer-excitation. To isolate just the 1s2s 3S transfer contribution and compute Rm, a new technique was employed requiring the recording of two KLL spectra, with the same collision energy, but each with appreciably different 1s2s 3S content, varied by stripping techniques. Our determination of Rmshows this to be >2, in agreement with spin statistics, but contrary to the expected 4P enhancement due to cascade feeding. Details of the analysis and results are discussed.


2019 ◽  
Vol 24 ◽  
pp. 1
Author(s):  
I. Madesis ◽  
A. Laoutaris ◽  
E. P. Benis ◽  
A. Lagoyannis ◽  
M. Axiotis ◽  
...  

An experimental station has recently been completed with a beam line dedicated to atomic collision physics at the 5.5 MV TANDEM accelerator laboratory of the Institute of Nuclear and Particle Physics (INPP) at the National Center for Scientific Research (NCSR) “Demokritos” in Athens. A Zero-degree Auger Projectile Spectroscopy (ZAPS) apparatus composed of a single-stage Hemispherical Deflector Analyser (HDA) and a 2-dimensional Position Sensitive Detector (PSD), combined with a doubly differentially pumped gas target has been set up for high resolution studies of electrons emitted from projectile ions at θ = 0◦ with respect to the beam direction in collisions with dilute gas targets. A terminal gas stripper, as well as both a foil and a gas post-stripper, have also been newly installed, enhancing the capabilities of the TANDEM by allowing for the production of more intense, highly charged ion beams, thus complementing and expanding the range of the available energies and charge states of the TANDEM. Using this setup, a systematic isoelectronic investigation of high resolution K-Auger electron spectra emitted from pre-excited ions in collisions with gas targets has been commenced within the APAPES initiative. Here, we present some highlights of this program together with recent results. This investigation is expected to lead to a better understanding of electron capture to excited states of the ion beam and in particular the overlooked role of cascade feeding of metastable states contributing to the capture cross sections, recently a field of contested interpretations awaiting further resolution.


2019 ◽  
Vol 26 ◽  
pp. 133
Author(s):  
A. Laoutaris ◽  
I. Madesis ◽  
E. P. Benis ◽  
T. J. M. Zouros

Normalized electron yields of the formation of 2s2p 3,1P states from the metastable states 1s2s 3,1S and from the ground state 1s21S were obtained in 6-18MeV C4+ collisions with H2, He, Ne and Ar gas targets. The method of zero-degree Auger projectile spectroscopy was used to detect electrons emitted in the Auger decay C4+ (2s2p 3,1P) → C5+ (1s) + e-with high resolution. These states are of particular importance in the detailed study of fundamental excitation mechanisms, i.e. electron-nucleus excitation, electron-electron excitation and electron-electron excitation with spin exchange. Currently, the role of the above mechanisms in the production of the 2s2p 3,1P states is investigated utilizing variable 1s2s 3S metastable fraction beams as a function of collision energy and target species. Our latest results are presented.


2019 ◽  
Vol 21 ◽  
pp. 153
Author(s):  
I. Madesis ◽  
A. Lagoyannis ◽  
M. Axiotis ◽  
T. J. Mertzimekis ◽  
M. Andrianis ◽  
...  

The only existing heavy-ion accelerator in Greece, the 5.5 MV TANDEM at the National Research Center “Demokritos” in Athens has been used to date primarily for investigations centering around nuclear physics. Here, we propose to establish the new (for Greece) discipline of Atomic Physics with Accelerators, a strong field in the EU with important contributions to fusion, hot plasmas, astrophysics, accelerator technology and basic atomic physics of ion-atom collision dynamics, structure and technology. This will be accomplished by combining the existing interdisciplinary atomic collisions expertise from three Greek universities, the strong support of distinguished foreign researchers and the high technical ion-beam know-how of the TANDEM group into a cohesive initiative.Using the technique of Zero-degree Auger Projectile Spectroscopy (ZAPS), we shall complete a much needed systematic isoelectronic investigation of K-Auger spectra emitted from collisions of pre-excited ions with gas targets using novel techniques. Our results are expected to lead to a deeper understanding of the neglected importance of cascade feeding of metastable states [1] in collisions of ions with gas targets and further elucidate their role in the non-statistical production of excited three-electron states by electron capture, recently a field of conflicting interpretations awaiting further resolution.


2020 ◽  
Vol 124 (13) ◽  
Author(s):  
D. S. La Mantia ◽  
P. N. S. Kumara ◽  
S. L. Buglione ◽  
C. P. McCoy ◽  
C. J. Taylor ◽  
...  

1984 ◽  
Vol 17 (1) ◽  
pp. L23-L28 ◽  
Author(s):  
I Katayama ◽  
G P A Berg ◽  
W Hurlimann ◽  
S A Martin ◽  
J Meissburger ◽  
...  

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document