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Master- und Bachelorarbeiten

Masterarbeit:
Ionenfragmentation am Freie Elektronen Laser FLASH

Schema: Freie Elektronen Laser (FEL) FLASH
FLASH, der Free-Electron LASer in Hamburg
Protonen, an neutrale Moleküle angelagert
weiche Röntgenstrahlung in der Nähe von Sternen
Protonenbrücken-Wasser-Cluster
Photonen-Absorption zerschneidet das Molekül an der Protonenbrücke

Mit den einzigartig intensiven Pulse weicher Röntgenstrahlung (ca. 30 eV) am Freie Elektronen Laser (FEL) FLASH bei DESY untersuchen wir die Photolyse protonierter Moleküle.

Wir verwenden einen Ionenstrahl (einige keV) der mit dem FEL-Strahl gekreuzt ist - die von uns gebaute Ionenstrahlapparatur TIFF, die bei DESY stationiert ist. Im Bereich von ca. 0.3 bis 1 m darum herum sind im Vakuum Teilchenzähler aufgebaut, die die Fragmente von einzelnen Reaktionen abbilden. Die Reaktion kann vollständig rekonstruiert werden.

Die Experimente werden in einer Kollaboration aus Universität Aarhus, DESY, Weizmann-Institut (Rehovot, Israel) und Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg durchgeführt.

Wir bereiten neue Experimente mit den Protonenbrücken-Clustern H2O-H+-H2O und N2-H+-N2 vor.

Aufgaben des Masterprojekts:

  • Entwurf der Reaktionsprodukt-Abbildung für den Aufbruch von N2-H+-N2.
  • Anpassung und Test einer Ultraschall-Expansionsjet-Ionenquelle für die Erzeugung von N2-H+-N2.
  • Teilnahme an der Datennahme und Analyse der Reaktionsprodukt-Abbildung am FLASH FEL.

Hintergrundinformationen:

Protonen, die an neutralen Molekülen angelagert werden, erhöhen deren Reaktivität stark. Deshalb sind diese Systeme in der Natur (Chemie, Biologie) sehr wichtig.

Durch weiche Röntgenstrahlung (in der Natur etwa in der Nähe von Sternen, in Atmosphären) können Fehlstellen innerhalb der bindenden Elektronenschale hergestellt werden. Die Moleküle werden dann in Bruchstücke zerlegt (Photolyse). Weil die Ionen nur in geringer Dichte hergestellt werden können, wurde ihre Photolyse mit konventionellen Photonenquellen bisher nur wenig untersucht und wird erst jetzt mit den FEL-Anlagen zugänglich.

Interessante protonierte Systeme sind Protonenbrücken-Cluster, etwa das Wasser-Dimer mit der Struktur H2O-H+-H2O. Bei TIFF wurde beobachtet, dass die Photonen-Absorption das Molekül an der Protonenbrücke "zerschneidet" (Zerfall -> H3O+ + H2O+) - ein Prozess, der kürzlich durch "ultraschnelle nichtadiabatische Kopplung" auf den Potentialflächen des Moleküls erklärt wurde und in der Nähe angelagerter Protonen allgemein erwartet wird.

Publikationen:

L. Lammich et al., Fragmentation Pathways of H+(H2O)2 after Extreme Ultraviolet Photoionization, Phys. Rev. Lett. 105, 253003 (2010) external Link
Zheng Li et al., Correlated Dynamics of the Motion of Proton-Hole Wave Packets in a Photoionized Water Cluster, Phys. Rev. Lett. 110, 038302 (2013) external Link

Links: FLASH at DESY, Hamburg external Link

Kontakt: Apl. Prof. Dr. , MPI für Kernphysik, Tel. (06221)516-503