Reactions of Hydrogen Molecules with Ions and Recombination of H+3 Ions with Electrons at Cryogenic Temperatures

Abstract

Vliv rozdělení jaderně-spinových stavů iontů H+ 3 a molekul H2 (zvaných para a ortho) na rychlostní koeficienty disociativní rekombinace iontu H+ 3 s elektrony a reakcí H2 s H+ a N+ byl zkoumán v závislosti na kinetické a vnitřní teplotě reaktantů. Experimenty byly provedeny v prostředí dohasínajícího plazmatu či v souboru iontů zachycených v pasti. Byly použity diagnostické metody Langmuirovy sondy, laserové absorpční spektroskopie a hmotnostní spektrosko- pie. Distribuce jaderně spinových stavů byla měněna použitím speciálně zkon- struovaného konvertoru spinových stavů H2. Byly změřeny rychlostní koefici- enty ternární a binární rekombinace H+ 3 s elektrony v plně termalizovaném plazmatu pro jednotlivé jaderně-spinové stavy. Reakce N+ + para/ortho-H2 byla zkoumána s ohledem na rozdělení stavů jemné struktury N+ . Byla změřena teplotní závislost rychlostních koeficientů radiativního a ternárního kanálu re- akce H+ + H2 pro jednotlivé jaderně spinové stavy H2. 1

We studied how distribution of nuclear-spin states of H+ 3 ions or H2 molecules influence rate coefficients of H+ 3 -electron recombination or reactions of H2 with N+ or H+ , with regard to kinetic and internal temperatures of the reactants. Experiments were carried out in plasma environment or in an ensemble of ions in an ion trap. Main diagnostic methods were the Langmuir probe diagnos- tics, laser absorption- and mass spectroscopy. The distribution of nuclear spin states (para and ortho) was varied using a specially constructed para-hydrogen generator. We performed pioneer measurements of the rate coefficients for the nuclear-spin-state-selective binary and ternary H+ 3 -electron recombination in thermalised plasma. We performed studies of N+ + para/ortho-H2 reaction with high accuracy and interpreted the results as dependent on fine structure states of N+ ions. We measured a temperature dependence of the rate coeffi- cients for radiative and ternary channels of H+ + para/ortho-H2 association. 1