Experimental investigation of the negative hydrogen ion emission in positively charged ion-atom/ion-molecule collisions

Etude expérimentale de la formation de l'ion d'hydrogène négatif lors de collisions entre un ion positif et une cible atomique ou moléculaire

Elie Lattouf (1)

1 AMA - Analyse de données, Modélisation et Apprentissage automatique [Grenoble]

The formation of the negative hydrogen ion (H-) in collisions between a positive ion and a neutral atomic or molecular target is studied experimentally at impact energies of a few keV. The doubly-differential cross sections for H- formation are measured as a function of the kinetic energy and emission angle for the collision systems OH+ + Ar and O+ + H2O à 412 eV/a.m.u. These H- ions can be emitted at high energies (keV) in hard quasi-elastic two-body collisions involving a large momentum transfer to the H center. However, H- ions are preferentially emitted at low energy (eV) due to soft many-body (>2) collisions resulting in a low momentum transfer. The formation of H- ions by electron capture follows excitation or ionization of the molecule. The molecular fragmentation dynamics is modeled to simulate the emission of H- ions. The overall good agreement between the simulation and the experiment leads to the understanding of most of the experimental observations.

La formation de l'ion négatif d'hydrogène (H-) lors de collisions entre un ion positif et une cible atomique ou moléculaire neutre est étudiée expérimentalement à des énergies d'impact de l'ordre du keV. Les sections efficaces doublement différentielles de formation des ions H- sont mesurées en fonction de leur énergie cinétique et de leur angle d'émission lors des collisions OH+ + Ar et O+ + H2O à 412 eV/u.m.a. Ces ions peuvent être émis à haute énergie (keV) lors de collisions violentes quasi-élastiques à 2 corps impliquant un fort transfert d'impulsion au centre H. Cependant, les anions H- sont préférentiellement émis à faible énergie (eV) lors de collisions douces à plusieurs corps (>2) qui résultent en un faible transfert d'impulsion. La formation des ions H- par capture électronique fait suite à l'excitation ou l'ionisation de la molécule. La dynamique de la fragmentation moléculaire est modélisée afin de simuler l'émission des ions H-. L'accord globalement satisfaisant entre la simulation et l'expérience facilite l'interprétation des observations expérimentales.

Mots clés: Ion-molecule collisions; electronic excitation; hydrogen ions; molecular dynamics; time-of-flight mass spectrometry; electron spectroscopy.

Mots clés: Interaction ion-molécule; excitation électronique; électrons-capture; ions hydrogène; anions; dynamique moléculaire; spectrométrie de masse à temps de vol; spectroscopie électronique.; spectroscopie électronique

Domaines: Agrégats Moléculaires et Atomiques [physics.atm-clus]

Elie Lattouf. Etude expérimentale de la formation de l'ion d'hydrogène négatif lors de collisions entre un ion positif et une cible atomique ou moléculaire. Agrégats Moléculaires et Atomiques [physics.atm-clus]. Université de Caen, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00915849⟩