University of Oulu

Mass spectroscopy and coincidence measurements of xenon, argon and mixed argon-water clusters

Saved in:
Author: Heikura, Emilia1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Science, Physics
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 21.9 MB)
Pages: 82
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202109219035
Language: English
Published: Oulu : E. Heikura, 2021
Publish Date: 2021-09-21
Thesis type: Master's thesis
Tutor: Patanen, Minna
Pelimanni, Eetu
Reviewer: Patanen, Minna
Pelimanni, Eetu
Description:

Tiivistelmä

Tässä opinnäytetyössä on tutkittu ksenon- ja argonklustereita sekä sekoitettuja vesi-argonklustereita. Klusterit ovat nanopartikkeleita, joissa rakenneosien määrä voi vaihdella kahdesta jopa kymmeniin miljooniin, ja ovat siten aineen muoto yksittäisten atomien sekä molekyylien ja kiinteän aineen välillä. Ksenon ja argon klusterit ovat homoatomisia klustereita. Homo-atomisissa klustereissa kaikki klusterin rakenneosat ovat identtisiä. Sekoitetut vesi-argonklusterit ovat puolestaan hetero-molekyylisiä klustereita sillä ne koostuvat kahdesta eri aineesta.

Kokeellisesti klustereita voidaan tuottaa esimerkiksi kaasun laajetessa adiabaattisesti korkean paineen tilavuudesta tyhjiöön hyvin pienen kartiomaisen suuttimen eli nozzlen läpi. Laajenemisprosessissa klusterit muodostuvat kolmen kappaleen törmäyksissä. Muodostuneet klusterit ionisoidaan elektronipommituksella. Ionisaation lisäksi elektronipommitus voi myös aiheuttaa klustereiden fragmentoitumista eli hajoamista kahteen tai useampaan eri osaan. Tässä työssä mittauksissa on käytetty Wiley-McLaren tyyppistä lentoaikaspektrometria, jolla positiivisesti ionisoituneiden fragmenttien lentoajat on mahdollista mitata. Lentoaikojen perusteella voidaan määrittää jokaisen mitatun fragmentin massan ja varauksen suhde (m/q) ja siten tunnistaa mitattu fragmentti. Lentoaikaspektrometrillä voidaan mitata perinetisen massaspektroskopiamittausten lisäksi myös koinsidenssimittauksia. Koinsidenssimittauksissa lentoaikojen perusteella on mahdollista selvittä mitkä fragmentit syntyivät samasta alkuperäisestä klusterista. Tässä työssä suoritetut koinsidenssimittaukset olivat kolmoisionikoinsidenssimittauksia. Kolmoisionikoinsidenssimittauksissa saadaan selville kolmen samasta klusterista muodostuneen fragmentin massan ja varauksen suhteet. Massaspektrimittaukset mitattiin ksenon, argon ja argon-vesiklustereista, kun taas kolmoisionikoinsidenssimittaukset suoritettiin argon ja argon-vesiklustereista.

Tutkimuksessa keskityttiin alkuperäisen klusterin rakenteen selvittämiseen sekä ionisaation jälkeisiin fragmentaatioprosessien tutkimukseen. Erityisesti koinsidenssimittausten avulla voidaan tuottaa paljon tietoa mahdollisista fragmentaatioprosesseista. Tuloksissa nähdään merkittäviä eroja ksenon- ja argonklustereiden fragmentaationprosesseissa. Lisäksi sekoitettujen vesi-argonklustereiden massa- ja koinsidenssispektrien eroja tarkastelemalla saatiin tietoa sekoitettujen argon-vesiklustereiden rakenteesta ja fragmentaatioprosesseista. Mittaustulokset sekoitetuissa klustereissa viittaavat siihen, että argonatomit sijaitsevat vesiklusteriosan pinnalla.

Ksenon- ja argonklustereiden fragmentaatioprosessien eroja ei pystytty tyydyttävästi selittämään tässä työssä mitatun datan avulla. Jatkotutkimuksissa ksenonin koinsidenssimittauksilla olisi mahdollista saavuttaa tarkempaa tietoa ksenonin fragmentoitumisesta ja siten myös lisätietoa ksenon- ja argonklustereiden erojen selittämiseen. Lisäksi massaspektroskopia ja koinsidenssimittaukset neonista ja kryptonista voisivat tuoda uutta informaatiota sekä selitysvoimaa ilmiön parempaan ymmärtämiseen.

see all

Subjects:
Copyright information: © Emilia Heikura, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.