Um ein gebundenes Elektron zu ionisieren, muss ein gewisses Energiequantum, die Ionisationsenergie, aufgewandt werden.
Nach erfolgter Ionisation bleibt Potentialenergie in der Höhe des Betrags der Ionisationsenergie im Ion gespeichert.
Bei sukzessiven Ionisationsprozessen addieren die Potentialenergien sich entsprechend.
Das bedeutet, über die Wahl des Ionisationsgrades kann die im Ion gespeicherte Potentialenergie in diskreten Werten selektiert werden. Der Absolutbetrag der Potentialenergie variiert mit der Ordnungszahl und dem Ionisationsgrad.
Potentialenergien hochgeladener Fe- und Pb-Ionen
Starke elektrische Felder
In hochgeladenen Ionen treten die stärksten im Labor verfügbaren elektrostatischen Felder auf (z.B. ca. 1016 Vcm-1 für U91+ ).
Geringe räumliche Ausdehnung der Projektile
Das Größenverhältnis zwischen einem wasserstoffähnlichen Nickel-Ion und einem neutralen Wasserstoffatom entspricht etwa dem Größenverhältnis zwischem dem Planeten Neptun und der Sonne.
Hoher Leistungseintrag in die Oberfläche
Der Eintrag von Potentialenergie bei der Wechselwirkung von hochgeladenen Ionen mit Festkörperoberflächen führt zu ultraschnellen intensiven elektronischen Anregungen der Oberfläche.
Diese Wechselwirkungen erzeugen Oberflächenstrukturen im Nanometerbereich (Krater, Spitzen).
resultierende in die Oberfläche eingetragene Leistungsdichte: 1012...1014 Wcm-2
Szenario der Wechselwirkung langsamer hochgeladener Ionen mit Festkörperoberflächen
Ausbeuten an geladenen Sekundärteilchen
Die in der Ion – Festkörperoberflächen – Wechselwirkung umgesetzte Potentialenergie bewirkt eine hohe Ausbeute an Sekundärelektronen und anderen geladenen Sekundärteilchen (Ionen, Cluster, Molekülionen), welche die Ausbeute aus der Wechselwirkung von "klassischen" Ionen um Größenordnungen übersteigen kann.
Effiziente Ionenbeschleunigung
Der spezifische Energiegewinn in Ionenbeschleunigern wächst mit steigendem Ionenladungszustand q entsprechend:
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