Elementary Processes at Low Temperatures - Reactions of H3+ and N2H+ in Afterglow Plasmas

Abstract

Electron-ion recombination and ion-neutral interactions play a piv- otal role in the chemical evolution of molecules in the Interstellar Medium (ISM). Physical conditions under which these processes un- dergo in the ISM include a wide range of temperatures and particle number densities. This work contributes to the experimental study of named low temperature phenomena in the range of 30 K to 300 K focusing on the reactions of hydrogen-containing light molecules. The employed experimental techniques are based on a combination of a Stationary Afterglow (SA) instrument with a Continuous Wave Cavity Ring-down Spectrometer (cw-CRDS). The main contributions of this work can be split into three topics. (1) The proton and deuteron con- taining isotopic system of H3 + ions. The isotopic fractionation process in collisions with hydrogen and deuterium gas was investigated in low temperature discharges, nominal ion temperatures of 80 K to 140 K, to deduce relative ion densities in the experiments. These are necessary for afterglow studies of isotopic effects in electron-ion recombination of the studied ions. (2) Vibrational spectroscopy of N2H+ ions focusing on first overtone (2ν1 band) transitions and ion thermometry, the first step towards studies of electron-ion recombination. (3) The role of para/ortho spin...

Elektron-iontová rekombinace a iont-neutrální interakce hrají klí- ̌covou roli v chemickém vývoji molekul v mezihv̌ezdném prostoru. Podmínky v mezihv̌ezdném prostoru p̌ri kterých tyto procesy probí- hají zahrnují široký rozsah teplot a hustot ̌cástic. Tato práce je zam̌e- ̌rena na experimentální studium uvedených nízkoteplotních proces̊u v teplotním rozsahu od 30 K do 300 K, zejména na reakce malých molekul obsahujících vodíkové atomy. Použitá experimentální tech- nika je založena na kombinaci prosťredí dohasínajícího plazmatu se Continuous Wave Cavity Ring-down spektrometrem. Mezi ťri hlavní výstupy práce paťrí: Za prvé: studium izotopického systému iont̊u H3 + obsahující protony a deuterony. Pr̊ub̌eh izotopické frakcionace ve srážkách s vodíkem a deuteriem byl studován v nízkoteplotních výbojích, v nominálním rozsahu teplot od 80 K do 140 K. V experimen- tech byly odvozeny relativní koncentrace iont̊u, nezbytné pro studium izotopických efekt̊u v elektron-iontové rekombinaci v dohasínajícím plazmatu studovaných iont̊u. Za druhé: vibrǎcní spektroskopie iont̊u N2H+ zam̌ěrená na takzvané "first overtone" (2ν1 pás) p̌rechody a termometrie využitím iont̊u. Experimenty p̌redstavují první krok k studiu elektron-iontové rekombinace vybraného iontu. Za ťretí: stu- dium role para/ortho spinových stav̊u v...