English Title: Photoionization of highly charged ions by soft X-rays in an electron beam ion trap

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Photoionisation von mehrfach bis hochgeladenen Ionen durch den Einsatz einer Elektronenstrahl-Ionenfalle am Elektronen-Speicherring für Synchrotronstrahlung BESSY II. Die hier vorgestellte, neue Methode erweitert den Bereich der Ionen, deren Photoionisations-Spektren vermessen werden können, weit über die Möglichkeiten bisheriger Verfahren hinaus, indem ein gut kontrolliertes Ensemble von Target-Ionen mit Flächendichten, die in etwa drei Größenordnungen über jenen von Ionstrahlen liegen, bereitgestellt wird. Resultate für N3+, Ar8,10,12+ und Fe12,14+ zeigen ausgezeichnete Auflösung und Sensitivität. Damit wird eine experimentelle Überprüfung theoretischer Verfahren zur Berechnung der Photoionisations-Wirkungsquerschnitte im Bereich hoher Ladungszustände und Ionisationspotentiale erstmals möglich. Die Identifizierung der Emissions- und Absorptionslinien in astrophysikalischen Röntgenspektren wird dadurch stichhaltiger. Hervorzuheben sind die Ergebnisse für das hierzu relevante Fe14+, in dem L-Schalen Anregungen bis in den keV Bereich gemessen wurden. Ein Auflösungsvermögen von E/dE 6500 wurde dabei erreicht, wodurch Resonanzenergien und Aufspaltungen auf 100 bzw. 10 ppm bestimmt werden konnten. Darüber hinaus wurde ein vielversprechender Zugang zur Bestimmung absoluter Wirkungsquerschnitte demonstriert.

Translation of abstract (English)

In this work photoionization of multiply and highly charged ions is studied using an electron beam ion trap and synchrotron radiation at the BESSY II electron storage ring. The new method introduced here extends the range of ions accessible for photoionization investigations beyond current limitations by providing a well controllable target of ions at about three orders of magnitude higher densities compared to ion beam targets. Data on N3+, Ar8,10,12+ and Fe12,14+ show excellent resolution and sensitivity. This enables to benchmark numerous theoretical methods for the calculation of photoionization cross section in the range of high charge states and ionisation potentials for the first time. Thus the identification of emission and absorption lines in astrophysical spectra can be improved significantly. In this regard, a special emphasis should be given to the results of Fe14+, where L-shell excitations could be measured up to the keV regime. A resolving power of E/dE 6500 was achieved, allowing for the accurate determination of resonance energies and splittings on a 100 and 10 ppm level, respectively. Moreover, a very promising approach toward the determination of absolute cross section was demonstrated.