Dependence of spatial coherence of 23.2-23.6-nm radiation on the geometry of a multielement germanium x-ray laser target

The spatial coherence of a nanosecond pulsed germanium collisionally excited x-ray laser is measured experimentally for three target configurations. The diagnostic is based on Young's slit interference fringes with a dispersing element to resolve the 23.2- and 23.6-nm spectral lines. Target configurations include a double-slab target, known as the injector, and geometries in which the injector image is image relayed to seed either an additional single-slab target or a second double-slab target. A special feature of this study is the observation of the change in the apparent source size with angle of refraction across the diverging laser beam. Source sizes derived with a Gaussian source model decrease from 44 mu m for the injector target by a variable factor of as much as 2, according to target configuration, for beams leaving the additional amplifiers after strong refraction in the plasma. (C) 1998 Optical Society of America [S0740-3224(98)00810-8].

Negative ion enhancement in caesium-seeded hydrogen discharges - a volume or surface effect?

Measurements of plasma parameters, including H- ion densities, made in conjunction with wall temperature, visible and vacuum ultraviolet emission spectroscopy verify that there is little caesium in the plasma volume of the H- ion source. Surface work function measurements indicate that there is significant caesium coverage of the inner walls of the ion source. It is found that, as the work function of a test surface decreases due to caesium seeding, the H- ion fraction in the discharge volume increases. These observations combine to indicate that, in the present source, the H- ion enhancement mechanism is a surface dominated effect. (C) 1999 American Institute of Physics. [S0003- 6951(99)04744-0].

A predictive maintenance system for integral type faults based on support vector machines:An application to ion implantation

In semiconductor fabrication processes, effective management of maintenance operations is fundamental to decrease costs associated with failures and downtime. Predictive Maintenance (PdM) approaches, based on statistical methods and historical data, are becoming popular for their predictive capabilities and low (potentially zero) added costs. We present here a PdM module based on Support Vector Machines for prediction of integral type faults, that is, the kind of failures that happen due to machine usage and stress of equipment parts. The proposed module may also be employed as a health factor indicator. The module has been applied to a frequent maintenance problem in semiconductor manufacturing industry, namely the breaking of the filament in the ion-source of ion-implantation tools. The PdM has been tested on a real production dataset. © 2013 IEEE.

Calibration of BAS-TR image plate response to high energy (3-300 MeV) carbon ions

The paper presents the calibration of Fuji BAS-TR image plate (IP) response to high energy carbon ions of different charge states by employing an intense laser-driven ion source, which allowed access to carbon energies up to 270 MeV. The calibration method consists of employing a Thomson parabola spectrometer to separate and spectrally resolve different ion species, and a slotted CR-39 solid state detector overlayed onto an image plate for an absolute calibration of the IP signal. An empirical response function was obtained which can be reasonably extrapolated to higher ion energies. The experimental data also show that the IP response is independent of ion charge states.

Parametric scans of HB and LS-RPA regimes employing Petawatt laser

By contrast to the Target Normal Sheath acceleration (TNSA) mechanism [1], Radiation Pressure Acceleration (RPA) is currently attracting a substantial amount of experimental [2,3] and theoretical [4-6] attention worldwide due to its superior scaling in terms of ion energy and laser-ion conversion efficiency. Employing Vulcan Petawatt lasers of the Rutherford Appleton Laboratory, UK, both the Hole-boring (HB) and the Light-Sail (LS) regimes of the RPA have been extensively explored. When the target thickness is of the order of hole-boring velocity times the laser pulse duration, highly collimated plasma jets of near solid density are ejected from the foil, lasting up to ns after the laser interaction. By changing the linear polarisation of the laser to circular, improved homogeneity in the jet's spatial density profile is achieved which suggests more uniform and sustained radiation pressure drive on target ions. By decreasing the target areal density or increasing irradiance on the target, the LS regime of the RPA is accessed where relatively high flux (~ 1012 particles/MeV/Sr) of ions are accelerated to ~ 10 MeV/nucleon energies in a narrow energy bandwidth. The ion energy scaling obtained from the parametric scans agrees well with theoretical estimation based on RPA mechanism and the narrow bandwidth feature in the ion spectra is studied by 2D particle-in-simulations.

Selected topics in fast atom bombardment (FAB) mass spectrometry a)specially designed probe tips and ion generation, b)structures of vitamin B6 schiff base complexes

This thesis can be broken down into two sections. Section one is a study . of the ionization mechanisms and the ion source optimization for Fast Atom Bombardment (FAB) ionization. For this study, several specially designed probe tips were created and tested under various experimental conditions. The aIm of this section is to understand the operating characteristics of a FAB IOn source better. The second section involves the study of several Vitamin B6 Schiff Base complexes using both positive and negative ion FAB MS. This section is an exploration of the usefulness of FAB MS as a structure probe for the metalcoordination complexes of Vitamin B6.

The Role of Diffusion in ISOL Targets for the Production of Radioactive Ion Beams

On line isotope separation techniques (ISOL) for production of ion beams of short-lived radionuclides require fast separation of nuclear reaction products from irradiated target materials followed by a transfer into an ion source. As a first step in this transport chain the release of nuclear reaction products from refractory metals has been studied systematically and will be reviewed. High-energy protons (500 - 1000 MeV) produce a large number of radionuclides in irradiated materials via the nuclear reactions spallation, fission and fragmentation. Foils and powders of Re, W, Ta, Hf, Mo, Nb, Zr, Y, Ti and C were irradiated with protons (600 - 1000 MeV) at the Dubna synchrocyclotron, the CERN synchrocyclotron and at the CERN PS-booster to produce different nuclear reaction products. The main topic of the paper is the determination of diffusion coefficients of the nuclear reaction products in the target matrix, data evaluation and a systematic interpretation of the data. The influence of the ionic radius of the diffusing species and the lattice type of the host material used as matrix or target on the diffusion will be evaluated from these systematics. Special attention was directed to the release of group I, II and III-elements. Arrhenius plots lead to activation energies of the diffusion process.

A new source of suprathermal O+ions near the dayside polar cap boundary

A new dayside source of O+ ions for the polar magnetosphere is described, and a statistical survey presented of upward flows of O+ ions using 2 years of data from the retarding ion mass spectrometer (RIMS) experiment on board DE 1, at geocentric distances below 3 RE and invariant latitudes above 40°. The flows are classified according to their spin angle distributions. It is believed that the spacecraft potential near perigee is generally less than +2 V, in which case the entire O+ population at energies below about 60 eV is sampled. Examples are given of field-aligned flow and of transversely accelerated “core” O+ ions; in the latter events a large fraction of the total O+ ion population has been transversely accelerated, and in some extreme cases all the observed ions (of all ion species) have been accelerated, and no residual cold population is observed (“toroidal” distributions). However, by far the most common type of O+ upflow seen by DE RIMS lies near the dayside polar cap boundary (particularly in the prenoon sector) and displays an asymmetric spin angle distribution. In such events the ions carry an upward heat flux, and strong upflow of all species is present (H+, He+, O+, O++, and N+ have all been observed with energies up to about 30 eV, but with the majority of ions below about 2 eV); hence, these have been termed upwelling ion events. The upwelling ions are embedded in larger regions of classical light ion polar wind and are persistently found under the following conditions: at geocentric distances greater than 1.4 RE; at all Kp in summer, but only at high Kp in winter. Low-energy conical ions (<30 eV) are only found near the equatorial edge of the events, the latitude of which moves equatorward with increasing Kp and is highly correlated with the location of field-aligned currents. The RIMS data are fully consistent with a “mass spectrometer effect,” whereby light ions and the more energetic O+ ions flow into the lobes and mantle and hence the far-tail plasma sheet, but lower-energy O+ is swept across the polar cap by the convection electric field, potentially acting as a source for the nightside auroral acceleration regions. The occurrence probability of upwelling ion events, as compared to those of low-altitude transversely accelerated core ions and of field-aligned flow, suggests this could be the dominant mechanism for supplying the nightside auroral acceleration region, and subsequently the ring current and near-earth plasma sheet, with ionospheric O+ ions. It is shown that the total rate of O+ outflow in upwelling ion events (greater than 10^25 s^{−1}) is sufficient for the region near the dayside polar cap boundary to be an important ionospheric heavy ion source.

Determination of the photoinduced birefringence and of the refractive index by Brewster method of epoxy resin doped with CdS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Plasma immersion ion implantation of nitrogen into H13 steel under moderate temperatures

Ion implantation of nitrogen into samples of tempered and quenched H13 steel was carried out by plasma immersion technique. A glow discharge plasma of nitrogen species was the ion source and the negative high voltage pulser provided 10-12 kV, 60 mu s duration and 1.0-2.0 kHz frequency, flat voltage pulses. The temperatures of the samples remained between 300 and 450 degrees C, sustained solely by the ion bombardment. In some of the discharges, we used a N-2 + H-2 gas mixture with 1:1 ratio. PIII treatments as long as 3, 6, 9 and up to 12 h were carried out to achieve as thickest treated layer as possible, and we were able to reach over 20 mu m treated layers, as a result of ion implantation and thermal (and possibly radiation enhanced) diffusion. The nitrogen depth profiles were obtained by GDOS (Glow Discharge Optical Spectroscopy) and the exact composition profiles by AES (Auger Electron Spectroscopy). The hardness of the treated surface was increased by more than 250%, reaching 18.8 GPa. No white layer was seen in this case. A hardness profile was obtained which corroborated a deep hardened layer, confirming the high efficacy of the moderate temperature PIII treatment of steels. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Entwicklung und Charakterisierung eines Laserablationsmassenspektrometers zur Echtzeit-Analyse von atmosphärischen Aerosolpartikeln

Das Aerosolmassenspektrometer SPLAT (Single Particle Laser Ablation Time-of-Flight Mass Spectrometer) ist in der Lage, die Größe einzelner Aerosolpartikel in einem Größenbereich von 0,3 µm bis 3 µm zu bestimmen und gleichzeitig chemisch zu analysieren. Die Größenbestimmung erfolgt durch Streulichtmessung und Bestimmung der Flugzeit der Partikel zwischen zwei kontinuierlichen Laserstrahlen. Durch Kalibrationsmessungen kann auf den aerodynamischen Durchmesser der Partikel geschlossen werden. Kurzzeitig nach der Streulichtdetektion werden die Partikel durch einen hochenergetischen gepulsten UV-Laser verdampft und ionisiert. Die Flugzeit der Partikel zwischen den kontinuierlichen Laserstrahlen wird dazu benutzt, die Ankunftszeit der Partikel in der Ionenquelle zu berechnen und den UV-Laserpuls zu zünden. Die entstandenen Ionen werden in einem bipolaren Flugzeitmassen¬spektrometer nachgewiesen. Durch die Laserablation/Ionisation ist das SPLAT in der Lage, auch schwer verdampfbare Komponenten des atmosphärischen Aerosols - wie etwa Minerale oder Metalle - nachzuweisen. Das SPLAT wurde während dieser Arbeit vollständig neu entwickelt und aufgebaut. Dazu gehörten das Vakuum- und Einlasssystem, die Partikeldetektion, die Ionenquelle und das Massen-spektrometer. Beim Design des SPLAT wurde vor allem auf den späteren Feldeinsatz Wert gelegt, was besondere Anforderungen an Mechanik und Elektronik stellte. Die Charakterisierung der einzelnen Komponenten sowie des gesamten Instruments wurde unter Laborbedingungen durchgeführt. Dabei wurde u.a. Detektionseffizienzen des Instruments ermittelt, die abhängig von der Größe der Partikel sind. Bei sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser von 600 nm wurden ca. 2 % der Partikel die in das Instrument gelangten, detektiert und chemisch analysiert. Die Fähigkeit zum Feldeinsatz hat das SPLAT im Februar/März 2006 während einer internationalen Messkampagne auf dem Jungfraujoch in der Schweiz bewiesen. Auf dieser hochalpinen Forschungsstation in einer Höhe von ca. 3580 m fand das SPLAT mineralische und metallische Komponenten in den Aerosolpartikeln. Das SPLAT ist ein vielfältig einsetzbares Instrument und erlaubt vor allem in Kombination mit Aerosolmassenspektrometern, die mit thermischer Verdampfung und Elektronenstoßionisation arbeiten, einen Erkenntnisgewinn in der Analytik atmosphärischer Aerosolpartikel.

The construction of TRIGA-TRAP and direct high-precision Penning trap mass measurements on rare-earth elements and americium

Nuclear masses are an important quantity to study nuclear structure since they reflect the sum of all nucleonic interactions. Many experimental possibilities exist to precisely measure masses, out of which the Penning trap is the tool to reach the highest precision. Moreover, absolute mass measurements can be performed using carbon, the atomic-mass standard, as a reference. The new double-Penning trap mass spectrometer TRIGA-TRAP has been installed and commissioned within this thesis work, which is the very first experimental setup of this kind located at a nuclear reactor. New technical developments have been carried out such as a reliable non-resonant laser ablation ion source for the production of carbon cluster ions and are still continued, like a non-destructive ion detection technique for single-ion measurements. Neutron-rich fission products will be available by the reactor that are important for nuclear astrophysics, especially the r-process. Prior to the on-line coupling to the reactor, TRIGA-TRAP already performed off-line mass measurements on stable and long-lived isotopes and will continue this program. The main focus within this thesis was on certain rare-earth nuclides in the well-established region of deformation around N~90. Another field of interest are mass measurements on actinoids to test mass models and to provide direct links to the mass standard. Within this thesis, the mass of 241-Am could be measured directly for the first time.

Kollineare Laserspektroskopie an radioaktiven Praseodymionen und Cadmiumatomen

Die Analyse optischer Spektren liefert einen kernmodellunabhängigen Zugang zur Bestimmung der Kernspins, Ladungsradien und elektromagnetischen Momente von Atomkernen im Grundzustand und von langlebigen Isomeren. Eine der vielseitigsten Methoden zur optischen Spektroskopie an kurzlebigen Isotopen ist die kollineare Laserspektroskopie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum einen die TRIGA-LASER Strahlstrecke am Institut für Kernchemie der Universität Mainz durch die Implementierung einer neuen offline Oberflächenionenquelle für hohe Verdampfungstemperaturen und eines Strahlanalysesystems weiterentwickelt. Zum anderen wurde kollineare Laserspektroskopie an kurzlebigen Praseodym- und Cadmiumisotopen an ISOLDE/CERN durchgeführt. Die neue Ionenquelle ermöglichte dabei den Test der kollinearen Laserspektroskopie an Praseodymionen am TRIGA-LASER Experiment. Die Spektroskopie der Prasdeodymionen motivierte sich aus der Beobachtung einer zeitlichen Modulation der EC-Zerfallsrate von wasserstoffähnlichem 140Pr58+. Für die Erklärung dieser sogenannten GSI Oszillationen wird unter anderem das magnetische Moment des Kerns benötigt, welches bislang noch nicht experimentell bestimmt wurde. Zudem wurde für wasserstoffähnliches 140Pr58+ überraschenderweise eine kleinere EC-Zerfallskonstante gemessen als für heliumähnliches 140Pr57+. Die Erklärung dieses Phänomens setzt ein positives magnetisches Moment voraus. Bei der Spektroskopie am COLLAPS Experiment wurden erstmals die magnetischen Momente von 135Pr, 136Pr und 137Pr vermessen. Aufgrund zu geringer Produktionsraten war die Spektroskopie des gewünschten Isotops 140Pr jedoch nicht erfolgreich. Die Untersuchung der Cadmiumisotope ist kernphysikalisch motiviert. In der Zinnregion erstrecken sich die Isotope über die beiden magischen Zahlen N=50 und N=82 bei gleichzeitiger Nähe des Z=50 Schalenabschlusses. Hier können verschiedene Kernmodelle getestet werden, die sich beispielsweise hinsichtlich der Stärke des N=82 Schalenabschlusses widersprechen. Diese Arbeit berichtet über erste Ergebnisse der Spektroskopie an Cadmiumatomen, die sich über die Isotope 106−124,126Cd sowie die zugehörigen langlebigen I=11/2− Isomere erstreckt. Die zuvor experimentell bekannten oder aus dem erweiterten Schalenmodell abgeleiteten Kernspins konnten für alle Isotope bis auf 119Cd bestätigt werden. Der Kernspin von 119Cd wurde eindeutig zu I=1/2 bestimmt. Die elektrischen Quadrupolmomente der Isomere zeigen ein bemerkenswert lineares Verhalten in Abhängigkeit von der Neutronenzahl und dies über die eigentliche Kapazität der 1h11/2 Unterschale hinaus. Die Änderungen der mittleren quadratischen Ladungsradien zeigen den auch an Indium- und Zinnisotopen beobachteten stetigen Verlauf. Der lineare Anteil passt sehr gut zu den Berechnung des Tröpfchenmodells in der Parametrisierung nach Berchidevsky und Tondeur. Die Differenzen der mittleren quadratischen Ladungsradien zwischen Grund- und isomeren Zustand der ungeraden Cadmiumisotope zeigen einen interessanten parabolischen Verlauf mit einem Minimum zwischen A=117 und A=119.

Massenspektrometrische Wasserdampfmessung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung des flugzeuggetragenen Atmosphärischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS-H2O zur Messung von Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) und erste Flugzeugmessungen mit dem Instrument. Wasserdampf beeinflusst das Klima in der UTLS aufgrund seiner Strahlungseigenschaften und agiert als wichtiger Parameter bei der Bildung von Zirruswolken und Kondensstreifen. Deshalb sind genaue Wasserdampfmessungen für das Verständnis vieler atmosphärischer Prozesse unerlässlich. Instrumentenvergleiche wie sie im SPARC Report No. 2 und dem Bericht der AUQAVIT Kampagne zusammengefasst sind, haben gezeigt, dass große Abweichungen zwischen einzelnen Methoden und Instrumenten bestehen. Diese Unsicherheiten limitieren das Verständnis des Einflusses von Wasserdampf auf die Dynamik und die Strahlungseigenschaften in der UTLS. Die in dieser Arbeit vorgestellte Entwicklung einer neuen Messmethode für Wasserdampf mit dem Massenspektrometer AIMS-H2O ist deshalb auf die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen in der UTLS fokussiert. Mit AIMS H2O wird Umgebungsluft in einer neu entwickelten Gasentladungsquelle ionisiert. Durch eine Reihe von Ionen-Molekül-Reaktionen entstehen H3O+(H2O) und H3O+(H2O)2 Ionen. Diese Ionen werden genutzt, um die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre zu bestimmen. Um die erforderliche hohe Genauigkeit zu erzielen, wird AIMS H2O im Flug kalibriert. In dem zu diesem Zweck aufgebauten Kalibrationsmodul wird die katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auf einer Platinoberfläche genutzt, um definierte Wasserdampfkonzentrationen für die Kalibration im Flug zu erzeugen. Bei ersten Messungen auf der Falcon während der Kampagne CONCERT 2011 konnte dabei eine Genauigkeit von 8 bis 15% für die Messung der Wasserdampfkonzentration in einem Messbereich von 0,5 bis 250 ppmv erreicht werden. Die Messfrequenz betrug 4 Hz, was einer räumlichen Auflösung von etwa 50 m entspricht. Der Vergleich der Messung des Massenspektrometers mit dem Laserhygrometer Waran zeigt eine sehr gute Übereinstimmung im Rahmen der Unsicherheiten. Anhand zweier Fallstudien werden die Messungen von AIMS H2O während CONCERT 2011 detailliert analysiert. In der ersten Studie werden zwei Flüge in eine stratosphärische Intrusion über Nordeuropa untersucht. In dieser Situation wurde stratosphärische Luft bis hinunter auf 6 km Höhe transportiert und war dadurch mit der Falcon erreichbar. Es konnte gezeigt werden, dass AIMS-H2O sehr gut für die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen, in diesem Fall bis etwa 3,5 ppmv, geeignet ist. Der Vergleich der Messung mit Analysen des ECMWF Integrated Forecast Systems zeigt eine gute Übereinstimmung der gemessenen Wasserdampfstrukturen mit der dynamischen Tropopause. Unterschiede tauchen dagegen beim Vergleich der Wasserdampfkonzentrationen in der unteren Stratosphäre auf. Hier prognostiziert das Modell deutlich höhere Feuchten. Die zweite Fallstudie beschäftigt sich mit der Verteilung der relativen Feuchte in jungen Kondensstreifen im Vergleich zu ihrer direkten Umgebung. Dabei wurde für drei Messsequenzen im Abgasstrahl von Flugzeugen beobachtet, dass die relative Feuchte innerhalb des Kondensstreifens im Vergleich zur Umgebung sowohl bei unter- als auch übersättigten Umgebungsbedingungen in Richtung Sättigung verschoben ist. Die hohe Anzahl an Eispartikeln und die damit verbundene große Eisoberfläche in jungen Kondensstreifen führt also zu einer schnellen Relaxation von Gasphase und Eis in Richtung Gleichgewicht. In der Zukunft soll AIMS-H2O auch auf HALO für die genaue Messung von Wasserdampf bei ML-CIRRUS und weiteren Kampagnen eingesetzt werden.

Yellow laser light generation by frequency doubling of the output from a master oscillator fiber power amplifier system

We present a power-scalable approach for yellow laser-light generation based on standard Ytterbium (Yb) doped fibers. To force the cavity to lase at 1154 nm, far above the gain-maximum, measures must be taken to fulfill lasing condition and to suppress competing amplified spontaneous emission (ASE) in the high-gain region. To prove the principle we built a fiber-laser cavity and a fiber-amplifier both at 1154 nm. In between cavity and amplifier we suppressed the ASE by 70 dB using a fiber Bragg grating (FBG) based filter. Finally we demonstrated efficient single pass frequency doubling to 577 nm with a periodically poled lithium niobate crystal (PPLN). With our linearly polarized 1154 nm master oscillator power fiber amplifier (MOFA) system we achieved slope efficiencies of more than 15 % inside the cavity and 24 % with the fiber-amplifier. The frequency doubling followed the predicted optimal efficiency achievable with a PPLN crystal. So far we generated 1.5 W at 1154nm and 90 mW at 577 nm. Our MOFA approach for generation of 1154 nm laser radiation is power-scalable by using multi-stage amplifiers and large mode-area fibers and is therefore very promising for building a high power yellow laser-light source of several tens of Watt.