Excitation of heliumlike C4+ and O6+ projectile ions in collisions with He targets

Abstract

Using the APAPES (Atomic Physics with Accelerators: Projectile Electron Spectroscopy) project zero-degree Auger projectile spectrograph setup and the C4+ and O6+ He-like ion beams supplied by the 5.5 MV “Demokritos” tandem Van de Graaff accelerator, K-Auger projectile electron spectra measurements were performed, for 0.5-1.5 MeV/u collisions with He gas targets. He-like beams in general contain a mixture of 1s2 1S, 1s2s 1S and 1s2s 3S components, so all three initial channels are considered. In particular, this work focuses on the following two collision processes: Xq+(1s2) + He →X(q+1)+(1s2p2 2D) + He+(All) (Transfer-Excitation) (1) ↳Xq+(1s2) + e-A (θ=0ο) (2) and Xq+(1s2, 1s2s 3,1S) + He →Xq+(2s2p 3,1P) + He(All) (Projectile Excitation) (3) ↳ X(q-1)+(1s) + e-A (θ=0ο) (4) where Xq+ refers to carbon C4+ or oxygen O6+ projectiles. The second line of each process indicates the emission of the Auger electron and its detection at theta=0 degrees. In this thesis, the cross section for the production of the 1s2p2 2D, 2s2p 3P and 2s2p 1P states were determined, in order to study the transfer-excitation (TE), single and double projectile excitation atomic processes. The measurements are also accompanied by close-coupling (CC) calculations in which three-active electrons have been included for the first time (3eAOCC) , in an attempt to cast further light on these complex multi-electron processes. The calculated cross sections for the production of 1s2p2 2D from 1s2 1S through TE, both for carbon and oxygen are found to be in agreement with zero-degree Auger projectile spectroscopy measurements covering the maximum of the resonance peak and its high energy wing. At lower energies, the theoretical results show a second maximum which is interpreted recently [1] through a nonresonant one-step transfer excitation mechanism. In the case of 2s2p 3P and 2s2p 1P the 3eAOCC calculated cross sections were converted to Auger electron normalized yields for a direct comparison between theory and experiment, as 2s2p 3P and 2s2p 1P states can be populated by all three 1s2 1S, 1s2s 1S and 1s2s 3S components through different processes. Although both theory and experiment trends appear to have a similar energy dependence, the theoretical results in this case are in general smaller than the experimental, leaving room for discussion on the possible reasons that this happens.[1] A. Laoutaris, S. Nanos, I. Madesis, S. Passalidis, E. P. Benis, A. Dubois, and T. J. M. Zouros, Phys. Rev. A 106, 022810 (2022).

Αξιοποιώντας τον ήδη υπάρχοντα φασματογράφο ηλεκτρονίων δέσμης μηδέν μοιρών της πειραματικής διάταξης APAPES (Atomic Physics with Accelerators: Projectile Electron Spectroscopy) και τις ηλιοειδείς δέσμες ιόντων C4+ και O6+ προερχόμενες από τον 5.5 MV επιταχυντή tandem Van de Graaff του «Δημόκριτου», πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις K-Auger ηλεκτρονίων δέσμης ιόντων, μέσω κρούσεων με στόχους αερίου He στην ενεργειακή περιοχή 0.5-1.5 MeV/u. Οι ηλιοειδέις δέσμες εν γένει συνυπάρχουν σε ένα μείγμα των 1s2 1S, 1s2s 1S και 1s2s 3S καταστάσεων, οπότε συμπεριλαμβάνονται διαδικασίες προερχόμενες και από τις τρεις αυτές αρχικές καταστάσεις. Ποίο συγκεκριμένα η παρούσα δουλειά εστιάζει στις επόμενες δύο διαδικασίες κατά την διάρκεια κρούσεων:Xq+(1s2) + He →X(q+1)+(1s2p2 2D) + He+(All) (Transfer-Excitation) (1) ↳Xq+(1s2) + e-A (θ=0ο) (2)καιXq+(1s2, 1s2s 3,1S) + He →Xq+(2s2p 3,1P) + He(All) (Projectile Excitation) (3) ↳ X(q-1)+(1s) + e-A (θ=0ο) (4) όπου το Xq+ αναφέρεται στη δέσμη ιόντων άνθρακα C4+ ή οξυγόνου O6+. Η δεύτερη γραμμή κάθε διεργασίας δείχνει την εκπομπή του ηλεκτρονίου Auger και την ανίχνευσή του σε θ=0 μοίρες.Στην παρούσα διατριβή προσδιορίστηκαν οι ενεργές διατομές για την παραγωγή των καταστάσεων 1s2p2 2D, 2s2p 3P και 2s2p 1P, προκειμένου να μελετηθούν οι ατομικές διεργασίες transfer excitation (TE) και single ή double excitation της δέσμης ιόντων. Οι μετρήσεις συνοδεύονται επίσης από close coupling (CC) υπολογισμούς στους οποίους έχουν συμπεριληφθεί για πρώτη φορά τρία ηλεκτρόνια (3eAOCC) με ενεργό ρόλο κατά την κρούση, σε μια προσπάθεια να ριχθεί περαιτέρω φως σε αυτές τις πολύπλοκες διεργασίες πολλών ηλεκτρονίων. Οι υπολογισμένες ενεργές διατομές για την παραγωγή 1s2p2 2D από 1s2 1S μέσω TE, τόσο για άνθρακα όσο και για οξυγόνο, βρέθηκαν να συμφωνούν με τις πειραματικές μετρήσεις φασματοσκοπίας Auger μηδέν μοιρών που καλύπτουν το μέγιστο της resonance κορυφής και την πλευρά των υψηλών ενεργειών. Σε χαμηλότερες ενέργειες, τα θεωρητικά αποτελέσματα δείχνουν ένα δεύτερο μέγιστο που ερμηνεύεται πρόσφατα [1] μέσω ενός nonresonant one-step transfer excitation μηχανισμού. Στην περίπτωση των καταστάσεων 2s2p 3P και 2s2p 1P οι 3eAOCC υπολογισμοί ενεργών διατομών μετατράπηκαν σε Auger electron normalized yields για μια άμεση σύγκριση μεταξύ θεωρίας και πειράματος, καθώς οι καταστάσεις 2s2p 3P και 2s2p 1P μπορούν να εποικηθούν και από τις τρεις 1s2 1S, 1s2s 1S και 1s2s 3S καταστάσεις μέσω διαφορετικών διεργασιών. Παρόλο που θεωρία και πειραματικές μετρήσεις φαίνεται να έχουν παρόμοια ενεργειακή εξάρτηση, τα θεωρητικά αποτελέσματα σε αυτήν την περίπτωση είναι γενικά μικρότερα από τα πειραματικά, αφήνοντας χώρο για συζήτηση σχετικά με τους πιθανούς λόγους που συμβαίνει αυτό[1] A. Laoutaris, S. Nanos, I. Madesis, S. Passalidis, E. P. Benis, A. Dubois, and T. J. M. Zouros, Phys. Rev. A 106, 022810 (2022).