Aufbau eines hocheffizienten Photoelektron-Photoion-Koinzidenzexperiments

Diese Arbeit beschreibt Design, Aufbau, Charakterisierung sowie die ersten Experimente mit einem hocheffizienten Photoelektron-Photoion-Koinzidenzspektrometer. Das Spektrometer besteht aus der Kombination eines kurzen Ionen-Flugzeitspektrometers und eines Elektronen-Flugzeitspektrometers mit magnetischer Flasche fur den hocheffizienten Elektronennachweis und ist an die Bedurfnisse des P04-Strahlrohrs am Speicherring PETRA III des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) angepasst. Durch diese Kombination sind hocheffiziente Koinzidenzmessungen von Zerfallsprozessen atomarer und molekularer Proben infolge von Photoanregung und -ionisation moglich. Die als Konstruktionshilfe verwendeten Simulationen und Charakterisierungsmessungen der einzelnen Bestandteile werden vorgestellt. Das Koinzidenzspektrometer als Einheit wird in Bezug auf Effizienz, Massenauflosung (262 au) und Energieauflosung (bis zu Delta E/E = 3, 1 %) charakterisiert. Experimentell wurde zunachst die elektronische Photoionisationsdynamik von Xenon nach 3d-Innerschalenanregung untersucht. So wurden Verschiebungen der Augerelektronenenergien in Abhangigkeit von der Ladungsstufe bei Anregungsenergien von 670,25 eV - 920,25 eV und eine Doppelanregung der Xenon(5+)- und Xenon(6+)-Ionen bei einer Anregungsenergie von 744,25 eV beobachtet. Des Weiteren wurden die Verzweigungsverhaltnisse fur die verschiedenen Ladungsstufen in diesem Energiebereich bestimmt. Bei Untersuchungen an Distickstoffmonoxid konnte im elektronischen Signal der sogenannte NACHT-Effekt nachgewiesen werden, bei dem das Quadrupolmoment der Sauerstoff 1s->3p*-Resonanz eine abstandsabhangige ionisierende Wirkung auf die Innerschalenelektronen der beiden benachbarten Stickstoffatome ausubt. Bei Messungen an Kohlendioxid mit einer Anregungsenergie von 539 eV wurde das Verzweigungsverhaltnis der Molekulfragmente bestimmt. Daneben wurden Anzeichen fur die Synthese von Sauerstoffmolekulen und Intensitatsverteilungen im Koinzidenzsignal beobachtet, die sich anhand von Molekulschwingungen erklaren lassen. Ferner wird der Einsatz des Spektrometers fur zeitaufgeloste Messungen am P04-Strahlrohr beschrieben. Die Arbeit schliest mit einem Ausblick, in dem Masnahmen zur instrumentellen Optimierung vorgeschlagen und kunftige Messungen motiviert werden. This thesis describes the design, setup and characterization of a highly efficient photoelectron-photoion-coincidence-spectrometer together with first experiments. The spectrometer consists of a combination of a short ion-Time-of-Flight-spectrometer and an electron-Time-of-Flight-spectrometer with a magnetic bottle for highly efficient electron detection and is adapted to the needs of the P04-beamline at the storage ring PETRA III at the Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY). This combination allows highly efficient coincidence measurements of decay processes of atomic and molecular samples as a result of photoexcitation and -ionization. Simulation tools for construction and measurements for the characterization of the single parts are presented. The coincidence-spectrometer itself was characterized with regard to efficiency, mass resolution (262 au) and energy resolution (up to Delta E / E = 3, 1 %). Experiments on the electronic photoionization dynamics of xenon after 3d-innershell excitation have been performed. At photon energies in the range of 670,25 eV - 920,25 eV a shift of the auger electron signal depending on the charge state and a double excitation of xenon(5+)- and xenon(6+)-ions at photon energies of 744,25 eV have been observed. In addition the branching ratio for the different charge states have been determined. Examinations on nitrous oxide verified the so-called NACHT-effect in the electronic signal, where the quadrupole moment of the oxygen 1s->3p*-resonance has an ionizing effect on the innershell electrons of the neighboring nitrogen atoms depending on the distance with respect to the oxygen atom. At photon energies of 539 eV the branching ratio for the fragments of carbon dioxide has been determined. In addition signs for the synthesis of dioxygen-molecules and an intensity distribution in the coincidence signal have been observed, which can be explained by molecular vibrations. Furthermore the use of the spectrometer for time-resolved measurements at the P04-beamline is described. This thesis closes with an outlook including suggestions for instrumental optimization and motivations for future measurements.