Angular correlations in radiative cascades following resonant electron capture by highly charged ions

We investigate the angular correlations between the photons emitted in the dielectronic recombination (DR) of initially hydrogenlike heavy ions. The theoretical analysis is performed based on a density-matrix approach and Dirac's relativistic theory. Special emphasis has been placed upon the effects of the higher-order, nondipole terms in the expansion of the electron-photon interaction. To illustrate these effects, we present and discuss detailed calculations for K-LL DR of initially hydrogenlike xenon, gold, and uranium. These computations show that the angular correlations are significantly affected by interference between the leading electric-dipole (E1) and the magnetic-quadrupole (M2) transitions.

Chemical control through dissociative electron attachment - A study on pentafluorotoluene, pentafluoroaniline and pentafluorophenol

In a combined experimental and theoretical study on dissociative electron attachment (DEA) to pentafluorotoluene, pentafluoroaniline and pentafluorophenol in the energy range 0-3 eV we reveal the role of rearrangement and hydrogen bonded intermediates in the DEA process and show that HF formation can be used to enable otherwise inaccessible, efficient low energy DEA processes.

Dissociative electron attachment to C2F5 radicals

Dissociative electron attachment to the reactive C2F5 molecular radical has been investigated with two complimentary experimental methods; a single collision beam experiment and a new flowing afterglow Langmuir probe technique. The beam results show that F- is formed close to zero electron energy in dissociative electron attachment to C2F5. The afterglow measurements also show that F- is formed in collisions between electrons and C2F5 molecules with rate constants of 3.7 × 10-9 cm3 s-1 to 4.7 × 10-9 cm3 s-1 at temperatures of 300–600 K. The rate constant increases slowly with increasing temperature, but the rise observed is smaller than the experimental uncertainty of 35%.

On the existence and stability of electrostatic structures in non-Maxwellian electron-positron-ion plasmas

Electrostatic solitary waves in plasmas are the focus of many current studies of localized electrostatic disturbances in both laboratory and astrophysical plasmas. Here, an investigation of the nonlinear dynamics of plasma evolving in two dimensions, in the presence of excess superthermal background electrons and positrons, is undertaken. We investigate the effect of a magnetic field on weakly nonlinear ion acoustic waves. Deviation from the Maxwellian distribution is effectively modelled by the kappa model. A linear dispersion relation is derived, and a decrease in frequency and phase speed in both parallel and perpendicular modes can be seen, when the proportion of positrons to electrons increases. We show that ion acoustic solitary waves can be generated during the nonlinear evolution of a plasma fluid, and their nonlinear propagation is governed by a Zakharov-Kuznetsov (ZK) type equation. A multiple scales perturbation technique is used to derive the ZK equation. The solitary wave structures are dependent on the relation between the system parameters, specifically the superthermality of the system, the proportion of positron content, magnetic field strength, and the difference between electron and positron temperature. The parametric effect of these on electrostatic shock structures is investigated. In particular, we find that stronger superthermality leads to narrower excitations with smaller potential amplitudes. Increased positron concentration also suppresses both the amplitude and the width of solitary wave structures. However, the structures are only weakly affected by temperature differentials between electrons and positrons in our model. © 2013 AIP Publishing LLC.

Gas chromatographic electron capture negative ionization mass spectrometric (GC/ECNI/MS) determination of unique fluorinated compounds in the sediments of Lake Ontario and the effect of high-boiling alcohols (as injection solvents) on chromatographic behaviour of polycyclic aromatic hydrocarbons in gas chromatography

Part I - Fluorinated Compounds A method has been developed for the extraction, concentration, and determination of two unique fluorinated compounds from the sediments of Lake Ontario. These compounds originated from a common industrial landfill, and have been carried to Lake Ontario by the Niagara River. Sediment samples from the Mississauga basin of Lake Ontario have been evaluated for these compounds and a depositional trend was established. The sediments were extracted by accelerated solvent extraction (ASE) and then underwent clean-up, fractionation, solvent exchange, and were concentrated by reduction under nitrogen gas. The concentrated extracts were analyzed by gas chromatography - electron capture negative ionization - mass spectrometry. The depositional profile determined here is reflective of the operation of the landfill and shows that these compounds are still found at concentrations well above background levels. These increased levels have been attributed to physical disturbances of previously deposited contaminated sediments, and probable continued leaching from the dumpsite. Part II - Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Gas chromatography/mass spectrometry is the most common method for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from various matrices. Mass discrimination of high-boiling compounds in gas chromatographic methods is well known. The use of high-boiling injection solvents shows substantial increase in the response of late-eluting peaks. These solvents have an increased efficiently in the transfer of solutes from the injector to the analytical column. The effect of I-butanol, I-pentanol, cyclopentanol, I-hexanol, toluene and n-octane, as injection solvents, was studied. Higher-boiling solvents yield increased response for all PAHs. I -Hexanol is the best solvent, in terms of P AH response, but in this solvent P AHs were more susceptible to chromatographic problems such as peak splitting and tailing. Toluene was found to be the most forgiving solvent in terms of peak symmetry and response. It offered the smallest discrepancies in response, and symmetry over a wide range of initial column temperatures.

Polarization and correlation phenomena in the radiative electron capture by bare highly-charged ions

In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung zwischen einem Photon und einem Elektron im starken Coulombfeld eines Atomkerns am Beispiel des radiativen Elektroneneinfangs beim Stoß hochgeladener Teilchen untersucht. In den letzten Jahren wurde dieser Ladungsaustauschprozess insbesondere für relativistische Ion–Atom–Stöße sowohl experimentell als auch theoretisch ausführlich erforscht. In Zentrum standen dabei haupsächlich die totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte. In neuerer Zeit werden vermehrt Spin– und Polarisationseffekte sowie Korrelationseffekte bei diesen Stoßprozessen diskutiert. Man erwartet, dass diese sehr empfindlich auf relativistische Effekte im Stoß reagieren und man deshalb eine hervorragende Methode zu deren Bestimmung erhält. Darüber hinaus könnten diese Messungen auch indirekt dazu führen, dass man die Polarisation des Ionenstrahls bestimmen kann. Damit würden sich neue experimentelle Möglichkeiten sowohl in der Atom– als auch der Kernphysik ergeben. In dieser Dissertation werden zunächst diese ersten Untersuchungen zu den Spin–, Polarisations– und Korrelationseffekten systematisch zusammengefasst. Die Dichtematrixtheorie liefert hierzu die geeignete Methode. Mit dieser Methode werden dann die allgemeinen Gleichungen für die Zweistufen–Rekombination hergeleitet. In diesem Prozess wird ein Elektron zunächst radiativ in einen angeregten Zustand eingefangen, der dann im zweiten Schritt unter Emission des zweiten (charakteristischen) Photons in den Grundzustand übergeht. Diese Gleichungen können natürlich auf beliebige Mehrstufen– sowie Einstufen–Prozesse erweitert werden. Im direkten Elektroneneinfang in den Grundzustand wurde die ”lineare” Polarisation der Rekombinationsphotonen untersucht. Es wurde gezeigt, dass man damit eine Möglichkeit zur Bestimmung der Polarisation der Teilchen im Eingangskanal des Schwerionenstoßes hat. Rechnungen zur Rekombination bei nackten U92+ Projektilen zeigen z. B., dass die Spinpolarisation der einfallenden Elektronen zu einer Drehung der linearen Polarisation der emittierten Photonen aus der Streuebene heraus führt. Diese Polarisationdrehung kann mit neu entwickelten orts– und polarisationsempfindlichen Festkörperdetektoren gemessen werden. Damit erhält man eine Methode zur Messung der Polarisation der einfallenden Elektronen und des Ionenstrahls. Die K–Schalen–Rekombination ist ein einfaches Beispiel eines Ein–Stufen–Prozesses. Das am besten bekannte Beispiel der Zwei–Stufen–Rekombination ist der Elektroneneinfang in den 2p3/2–Zustand des nackten Ions und anschließendem Lyman–1–Zerfall (2p3/2 ! 1s1/2). Im Rahmen der Dichte–Matrix–Theorie wurden sowohl die Winkelverteilung als auch die lineare Polarisation der charakteristischen Photonen untersucht. Beide (messbaren) Größen werden beträchtlich durch die Interferenz des E1–Kanals (elektrischer Dipol) mit dem viel schwächeren M2–Kanal (magnetischer Quadrupol) beeinflusst. Für die Winkelverteilung des Lyman–1 Zerfalls im Wasserstoff–ähnlichen Uran führt diese E1–M2–Mischung zu einem 30%–Effekt. Die Berücksichtigung dieser Interferenz behebt die bisher vorhandene Diskrepanz von Theorie und Experiment beim Alignment des 2p3/2–Zustands. Neben diesen Ein–Teichen–Querschnitten (Messung des Einfangphotons oder des charakteristischen Photons) wurde auch die Korrelation zwischen den beiden berechnet. Diese Korrelationen sollten in X–X–Koinzidenz–Messungen beobbachtbar sein. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen lag bei der Photon–Photon–Winkelkorrelation, die experimentell am einfachsten zu messen ist. In dieser Arbeit wurden ausführliche Berechnungen der koinzidenten X–X–Winkelverteilungen beim Elektroneneinfang in den 2p3/2–Zustand des nackten Uranions und beim anschließenden Lyman–1–Übergang durchgeführt. Wie bereits erwähnt, hängt die Winkelverteilung des charakteristischen Photons nicht nur vom Winkel des Rekombinationsphotons, sondern auch stark von der Spin–Polarisation der einfallenden Teilchen ab. Damit eröffnet sich eine zweite Möglichkeit zur Messung der Polaristion des einfallenden Ionenstrahls bzw. der einfallenden Elektronen.

Dissociative electron impact ionization of N2O5

Electron impact ionization of dinitrogen pentoxide for incident electron energies up to about 25 eV has been investigated by use of a crossed beams quadrupole mass spectrometer system. The experiments reported in this paper detected the fragmentation products NO2+, NO+, O+, N+, and NO3+. No stable N2O5+ ion was observed. The NO3+ fragment, for which we determine an appearance energy 13.25 +/- 0.30 ev, has not been observed previously. This appearance energy is close to the calculated threshold.