Anomale Rekombination in kalten magnetisierten Plasmen

Der Ion-Elektron Rekombinationsprozess in kalten magnetisierten Plasmen wird zur Zeit sowohl theoretisch als auch experimentell intensiv studiert. Neue Experimente am Beschleunigerring ergeben Rekombinationsraten für Ionen mit hohen Kernladungszahlen Z, die deutlich von den etablierten Werten abweichen. Das Ziel dieses Projektantrages ist es, die grundlegenden Mechanismen dieses Rekombinationsprozesses und den Ursprung der Abweichung zu verstehen. Wir wollen die Rolle der klassischen chaotischen Dynamik und von instabilen periodischen Elektronenbahnen untersuchen, die ein Elektron zur mehrfachen Rückkehr zum Target-Ion bringen und somit die Rekombination erhöhen. Ausserdem wird die Rolle von stochastischen Störungen im verdünnten Elektronengas untersucht.

Die radiative Rekombination ist einen der fundamentalen Prozesse der Quantenphysik. Die Rekombinationsraten sind wertvoll für das Verständnis kosmischer Plasmen in der Astrophysik und für Fusion-Plasmen, die in Zukunft eine mögliche Energieversorgung sein können. Die Rekombinationsrate enthalt Informationen darüber, wie viele Ionen im Ionenspeicherring verloren gehen, wenn der Ionenstrahl vom Elektronenstrahl gekühlt wird, um die Temperatur des Ionenstrahls während seines Umlaufs im Speicherring niedrig zu halten. Umgekehrt ist es möglich die Ratenkoeffizienten der radiativen Rekombination durch obigen Effekt zu messen. Neue Messungen ergeben überraschendenweise eine höhere Rekombinationsraten als die theoretischen Werte, die 1920 etabliert worden sind und heutzutage als eine fundamentale und wohlverstandene Theorie anerkannt sind. Diese Diskrepanz ist auch 10 Jahren nach der ersten Beobachtung der Erhöhung noch nicht erklärt. Wir haben unser Projekt darauf ausgerichtet, dieses Rätsel zu lösen. Wir haben herausgefunden, dass neben der radiativen Rekombination auch ein anderer Rekombinationsmechanismus zum erhöhten Ratenkoeffizient beiträgt. Am Anfang des Elektronenkühlers im Ionenspeicherring wird der Elektronenstrahl durch ein Magnetfeld geleitet und mit einem endlichen Winkel mit dem Ionenstrahl zusammengeführt. Die Wechselwirkung zwischen Magnetfeld und Ionenstrahl induziert ein elektrisches Feld, das Rekombination stimuliert. Theoretische Schätzungen, die die Beiträge aus beiden, d.h. radiativen und bewegungsinduzierten Rekombination berücksichtigen, stimmem mitden gemessenen Ratenkoeffizienten überein. Die theoretische vorhergesagt Abhängigkeit sowohl vom Magnetfeld als auch von der Ionenladung folgt den experimentellen Beobachtungen.