Charge state evolution in electron beam ion trap

Recently, at the M. Smoluchowski Institute of Physics of the Jagiellonian University a commercial electron beam ion trap (EBIT) was installed for teaching and scientific purposes. The first experiments were focused on observation of radiative recombination and dielectronic recombination. An investigation of higher order resonant recombination processes was also initiated. These recombination processes depend strongly on the charge state of the ions involved in these processes. The EBIT plasma contains always a mixture of different charge states. Therefore, the charge-state distribution of the ions is crucial for the observed atomic processes. A new diagnostics tool for this distribution and a possibility of its manipulation form the main goal of the present paper which may help to better understand the processes investigated with an EBIT

Hypersatellite Kα Production in Trapped Ar Ions at KK Trielectronic Recombination Energies

Funding Information: W.B.-N. acknowledges DSC Grant MNiSzW Nr 7150/E-338/M/2018, the GET_INvolved Programme at FAIR/GSI (www.fair-center.eu/get_involved) and the JIPhD program through contract POWR.03.05.00-00-Z309/17-00. D.S.L.M. acknowledges the Kosciuszko Foundation. P.A and F.G acknowledge the FCT through project number UID/04559/2020 (LIBPhys). Publisher Copyright: © 2023 by the authors.We report measurements of hypersatellite radiation of argon ions in the electron energy region of 5200 eV to 7500 eV. Here, we observed a strong enhancement of this hypersatellite  (Formula presented.)  production. Trielectronic recombination (TR) is discussed as a possible channel for  (Formula presented.)  production leading to this enhancement where main TR resonances are expected to occur. Data analysis was mainly based on the extracted intensity ratio of hypersatellite  (Formula presented.)  to  (Formula presented.)  lines ((Formula presented.)). In addition, the collisional excitation and the collisional ionisation of the K-shell ions were modeled as main background processes of the K (Formula presented.)  X-ray production. The  (Formula presented.) / (Formula presented.)  intensity ratio shows a significant rise around 6500 eV electron energy by a factor of about two above the background level. This observation is compared with calculations of the expected electron energies for the resonant  (Formula presented.)  emission due to the KK TR process. The observed rise as a function of the electron collision energy, which occurs in the vicinity of the predicted TR resonances, is significantly stronger and energetically much wider than the results of theoretical calculations for the TR process. However, the experimental evidence of this process is not definitive.publishersversionpublishe

Investigation of Radiative Double Electron Capture with an EBIT

Celem pracy jest badanie wybranych procesów atomowych w fizyce ciężkich jonów, w szczególności, procesu podwójnego skorelowanego wychwytu elektronów (RDEC). Zaprezentowany został także opis budowy i zasada działania aparatury EBIT. Aparatura ta stanowi niewielkich rozmiarów wielofunkcyjne urządzenie, które przy rezygnacji z magnesów nadprzewodzących, umożliwia produkcję i badanie wysoko zjonizowanych atomów (HCI). Godnym podkreślenia jest fakt, że stanowi ona nowoczesną alternatywę układu doświadczalnego dla niektórych eksperymentów prowadzonych dotychczas przy wykorzystaniu akceleratorów jonów. W niniejszej pracy wyznaczona została minimalna wartość przekroju czynnego na rzadkie, radiacyjne procesy atomowe, możliwe do obserwacji przy pomocy tej aparatury. Umożliwiło to wyznaczenie górnej granicy przekroju czynnego na proces RDEC. Dla dwóch wybranych energii elektronów 3385 eV i 3080 eV, oszacowana została górna granica przekroju czynnego, która wynosi kolejno (4,1 ± 0,2) mb oraz (6,5 ± 0,3) mb.This master's dissertation is focused on the study of atomic processes in Highly Charged Ions observed via x-ray emission in an Electron Beam Ion Trap (EBIT). The construction as well as the working principle of this apparatus are presented in details. Experiments were concentrated on Radiative Double Electron Capture (RDEC) which is a rare and interesting atomic process. So far, this process was investigated with the use of accelerators and solid state targets. This dissertation presents a new approach to RDEC with dense electron beams as targets. Finally, the upper limit for the RDEC cross section was estimated, only. This upper limit was found at the level of (5,4 ± 0,4) mb

The impact of pile up effect on the diffractive production of bosons W

Niniejsza praca ma na celu sprawdzenie jakim tłem dla dyfrakcyjnej produkcji bozonów W jest efekt pile-up. W fizyce efektem pile-up nazywamy zajście kilku różnych procesów w tak bliskim czasie, że detektory traktuja je jako jedno zdarzenie. Celem niniejszej pracy jest opisanie rozróznienia dyfrakcyjnej produkcji bozonów W od obserwacji zdarzenia, w którym powstał bozon W z dowolnego kanału oraz został zaobserwowany proton podczas jednego przeciecia paczek. Proces ten, produkcja bozonu W oraz detekcja protonu imituje dyfrakcyjną produkcję bozonu W, stanowi wiec tło tego procesu.Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w Genewie jest akceleratorem kołowym, we wnętrzu, którego formowane i rozpędzane są dwie wiązki protonów. Wiązki te poruszają się w przeciwbieżnych kierunkach, a następnie ich tory przecinają się ze sobą, gdzie dochodzi do oddziaływań miedzy protonami. Podczas tych procesów produkowane są nowe cząstki, które następnie rozpadają się sie lub oddziałują z innymi, a produkty końcowe trafiają do detektorów. Analizując energie i masy cząstek zaobserwowanych przez detektory możemy określić, jakie cząstki powstały na skutek pierwotnego twardego procesu.Przy pomocy generatorów Monte Carlo Pythia i FPMC symulowane było zderzenie wiązek protonów przy aktualnych ustawieniach używanych w LHC, czyli o energii w układzie środka masy 13000 GeV.Rozważana jest zależność czystości i znaczacości uzyskanych danych dla procesu dyfrakcyjnej produkcji bozonów W w stosunku do tła. Funkcje te zależą od średniej liczby oddziaływań proton-proton w pojedynczym zderzeniu paczek wiązek (ozn. μ). Akceptancja detektora określa jego możliwość rejestracji cząstek i ich charakterystyk kinematycznych oraz zależy od ustawień parametrów. W badaniach dążymy do uzyskania jak największej liczby oddziaływań oraz utrzymania jak najwyższej wartości akceptancji.The purpose of this thesis is to check the impact of pile-up effect on a diffractive production of bosons W. Physical phenomenon of two processes that incident in the same time is called the pile-up effect. Monte Carlo generators: Phytia and FPMC were used to simulate the collision of proton beams at current settings that are actually used in LHC- 13000 GeV center of mass frame. The purpose is to check the cleanliness and importance of data in relation to the background of the process

The mean value theorems and their application in different fields of mathematics.

Celem pracy będzie przedstawienie twierdzeń o wartości średniejoraz ich zastosowań w różnych dziedzinach matematyki, a także pewnychuogólnień tych twierdzeń.W pierwszym rozdziale zdefiniowane zostały podstawowe pojęcia analizy matematycznej, których wprowadzenie niezbędne jest aby wypowiedziećtwierdzenia o wartości średniej. Następnie zostały przedstawionewraz z dowodami, kolejno: twierdzenie Rolle’a, twierdzenie Cauchy’egooraz twierdzenie Lagrange’a, a także wniosek z twierdzenia Lagrange’adotyczący monotoniczności funkcji.Kolejny podpunkt dotyczy zastosowania tych nierówności w teorii aproksymacji,w szczególności w dowodach twierdzeń Łozińskiego i Jacksona.Osobny podpunkt dotyczący teorii aproksymacji związany jest z przykładamipodprzestrzeni Haara, gdzie również stosowane są twierdzeniao wartości średniej. Ostatnim podpunkt tego rozdziału dotyczy wersjitwierdzeń Rolle’a i Lagrange’a dla pochodnych jednostronnych oraz ichużycia do dowodu własności czterech punktów.W rozdziale trzecim przedstawiono uogólnienia twierdzeń o warto-ści średniej na przypadek przestrzeni unormowanej wraz z dowodami. Wkolejnych dwóch podpunktach znajdują się ich zastosowania w dowodachwzoru Taylora oraz twierdzenia o różniczkowalności wyraz po wyrazie.Chcąc zwrócić uwagę czytelnika na główny cel niniejszej pracy okre-ślenie twierdzenia o wartości średniej oraz fragmenty, w których sąone stosowane zostały napisane pogrubioną czcionką.The paper reviews the mean value theorems: Rolle's, Cauchy's and Lagrange's with their proofs. There are shown some particular applications in different fields of mathematics, such as analysis and approximation theory

Multielectron recombination processes in He-like oxygen at the CRYRING@ESR electron cooler

In electron-ion collisions recombination processes play a very important role.A good understanding of these processes in the laboratory enables developmentof theory, which is useful for plasma diagnostics. For example, recombinationprocesses affect the state of astrophysical objects [1, 2], as well as nuclearfusion plasma [3, 4]. In many cases electron-ion interaction involves more thanone electron. There, electron-electron interaction is a crucial aspect of theseparticular atomic reactions. This doctoral dissertation focuses on rare atomicprocesses both from theoretical and experimental perspectives.In Highly Charged Ions Laboratory in the Institute of Physics of the Jagiellonian University, an electron beam ion trap (Dresden EBIT [5, 6], DREEBITCo.) was installed in 2012. This compact room-temperature HCI-trap, equipped with an X-ray detector (XFlash 5030, Bruker Co.), opens a wide rangeof possibilities for studies of atomic processes associated with ion productionand trapping in an EBIT [6].The aim of this PhD dissertation is to collect experimental data and comparethem with theoretical calculations done with the use of Flexible Atomic Code(FAC [7]). First examined process is called radiative recombination (RR). Thecapture of a free electron into a bound state of an ion is accompanied by theemission of a photon. It is worth mentioning, that a good resolution of RRspectra for bare argon ions (Ar18+) is an evidence of EBIT great research opportunities [8, 9, 10]. Secondly, resonant recombination involving more thanone electron has been discussed. The most basic of these resonant processes isdielectronic recombination (DR) where a free electron is captured into a boundstate of an ion with the simultaneous excitation of a core electron [11, 12, 13,14, 15, 16, 17]. These resonantly populated excited states decay via characteristic K-shell X-ray emission. Very good resolution of the X-ray detectorenabled the K-LL DR resonances to be distinguished for He- up to C-like Arions [8, 18, 19]. In the observed X-ray energy region, in addition to the DR,the intrashell tricelectronic recombination (intrashell TR) has been seen [8].The last part of the presented studies is dedicated to the multishell TR, specifically to the KK TR [18]. Here, the resonant capture of a free electron toan ion-bound state transfers simultaneously two K-shell electrons to a higheratomic shell. This way, a doubly-excited K-shell state is produced and, inmost cases, it decays via emission of two photons. The first transition to the0empty K shell is responsible for emission of the Kh hypersatellite photon withan energy slightly higher than energy of the following Kssatellite transition.A maximum-like behavior of the intensity ratio between Khαand Ksα has beenreported. This behavior is a fingerprint of the investigated TR process. Finally, to the best of my knowledge, this is the first successful observation ofthis TR process [20].One has to add, that the presented research analysis was supplemented withorginal methods of determination of the charge state distribution of ions inthe UJ-EBIT plasma. These methods were based on the analysis of the X-raylines profile [21]

Higher-Order Recombination Processes in Argon Ions Observed via X-ray Emission in an EBIT

In electron–ion collisions, recombination processes play a very important role. Recently, multielectron recombination processes have been highly investigated, as they carry information about electron–electron interaction. Among them, the most basic process is dielectronic recombination (DR). The research presented here was conducted using an EBIT at Jagiellonian University. Using X-ray spectroscopy, we conducted research into K-LL, K-LM, K-LN, K-LO and K-MM resonances. The aim of this study was to investigate the contribution of the intershell higher-order recombination processes in collected spectra. A good resolution for the K-LL DR spectrum made it possible to distinguish structures for He- up to C-like Ar ions