Tőkési, KárolyBereczky, Réka Judit2012-09-062012-09-062012http://hdl.handle.net/2437/131869The interaction of highly charged ions (HCI) with surfaces has been in the focal point of many experiments in the last few decades. In recent years focus has shifted to the transmission of HCIs through linear structures such as pores and capillaries. Charged particle guiding is a complex process involving the interplay of a large number of charged particles with a solid.At first, during the charge-up phase, HCI hit the internal capillary wall and deposit their charge. These charges are transported either along the surface and or into the bulk of the target material. Projectiles entering later into the capillary are deflected due to the Coulomb field of the deposited charges and may eventually be transmitted through the capillary without collision with the inner surface. Guiding sets in as soon as a dynamical equilibrium between the projectiles hitting the capillary wall (charging) and transport of charges into the bulk or to the capillary exit (discharging) is established.Although during the past few years many research groups joined to this field of research and carried out various experiments with insulator capillaries, many details of the interactions remained unknown. At first insulating foils with randomly distributed capillaries were used, which foreshadowed many uncertainties both from experimental and theoretical points of view. For example, it is not possible to ensure a perfect parallelism of the nanocapillaries in the foil. Another significant problem is that the collective effect of all the neighbouring tubes has to be taken into account. Therefore to avoid these difficulties in my PhD work I made systematic measurements on the guiding of charged particles through a single, cylindrical shaped glass capillary. Recently it is technically not possible to perform measurements with a single nanotube. Partly because it is difficult to produce such a sample, and partly because it is challenging to carry out the measurements with it. Therefore we use capillaries with microscopic dimensions. My dissertation is organized as follows: in the second chapter I briefly summarize the theoretical background of the charged-particle guiding phenomenon. In the third chapter I describe the experimental methods that were used. In the fourth chapter I present the new results of my PhD work. The dissertation is finished with an outlook and the bibliography. Doktori értekezésemben töltött részecskék kölcsönhatását vizsgálom egyedi, mikroszkopikus méretű üvegkapillárisokkal. Az elmúlt évtizedekben számos kutatócsoport foglalkozott nagytöltésű ionok és kapillárisok belső felülete közötti ütközések tanulmányozásával. A fő cél a kölcsönhatások komplex megismerése volt. Az ionok szigetelő kapillárisokon történő átvezetése a kapillárisokban kialakuló elektromos mezővel hozható összefüggésbe. Ehhez a kapillárisok belső falának töltést kell felhalmozni, egyrészt ahhoz, hogy az elektromos taszítás megakadályozhassa az ionok közeli ütközéseit a felülettel, ezáltal meggátolva az elektronbefogást a felületből, másrészt ahhoz, hogy az ionokat a kijárati nyílás felé terelje. A feltöltődési fázisban a beeső ionok egy önszervező folyamatban pozitív töltésfoltot helyeznek el a kapilláris belső felszínén, amely ezután felületi és tömbi diffúzióval vándorol a felületen és a tömbben. A később beérkező ionok visszaverődhetnek a töltésfolt Coulomb taszítása következtében, végül a kapilláris belső falával való ütközés nélkül jutnak át azon. Átvezetés akkor figyelhető meg, amikor a falba való ütközés (feltöltődés) és a tömbi vagy felületi transzport (kisülés) között egyensúlyi állapot alakul ki. A jelenlegi elméleti eredmények azt mutatják, hogy a lerakódó töltések jelentős része a kapilláris bemeneténél helyezkedik el. Már ez az egy töltésfelhalmozódás által keltett elektromos tér elegendő a beérkező ionok kapillárison történő átvezetéséhez. A kapilláris nyalábtengelyhez képesti dőlésszögétől, a kapilláris hosszától és a beérkező töltés mennyiségétől függően további kisebb feltöltődött foltok alakulhatnak ki a kapilláris belső felületén. Annak ellenére, hogy az elmúlt néhány évben nagyszámú kutatócsoport csatlakozott ehhez a területhez, és sokféle kísérletet végzett el szigetelő kapillárisokkal, a kölcsönhatások számos részlete még ismeretlen. Az első mérésekhez multi-kapillárisokat használtak mintaként, amellyel számos hibaforrást vihettek be a kísérletekbe. A fóliába maratott vagy bombázással kialakított csövecskék tökéletes párhuzamosságát nem lehet biztosítani. Hasonló nehézséget jelent a megfigyelések elméleti leírása is. Az egymás közelében lévő töltött kapillárisok kölcsönhatnak egymással, így a pontos ionpályák meghatározásához a kapilláris kötegek kollektív hatását is figyelembe kell venni, ami igen bonyolulttá teszi az elméleti leírást. Ezért, a kísérleti körülményeket egyszerűsítendő, könnyen reprodukálható méréseket végeztem. Kutatómunkám során egyedi mikroszkopikus méretű kapillárisokkal vizsgáltam a töltött részecske terelés jelenségét, mert a jelenlegi technikai feltételek mellett egyedi nanoméretű csővel nem lehet megvalósítani a kísérleteket. Részben, mert bonyolult ilyen típusú mintát előállítani, másrészt pedig maga a kísérlet kivitelezése is nehézségekbe ütközik. A dolgozat felépítése a következő: a második fejezet áttekintést ad az ionok és elektronok szigetelő kapillárison való áthaladásának elméletéről, a harmadik fejezetben bemutatásra kerülnek a kísérletek során alkalmazott eljárások, kísérleti berendezések. A negyedik fejezet a saját eredmények bemutatását tartalmazza, végezetül mindezeket egy összefoglaló, jövőbeli tervek ismertetése, a köszönetnyilvánítás, majd az irodalomjegyzék zárja.100humikrokapillárismicrocapillaryelektronterelésionterelésegyedi kapilláriselectron guidingion guidingsingle capillaryFizikai tudományokTermészettudományok