Habilitációs eljárás lefolytatása iránti kérelem

Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató Intézet Tudományos Tanács Helyben Habilitációs eljárás lefolytatása iránti kérelem Alulírott kérem az Intézet Tudományos Tanácsát, hogy az MTA Atommagkutató Intézete Igazgatójának 6/2008-as rendeletében szabályozott intézeti habilitációs eljárást a mellékelt pályázatom alapján lefolytatni szíveskedjék. Tisztelettel, Dr. Juhász Zoltán tudományos munkatárs Debrecen, 2011. szeptember 7. Mellékletek: Szakmai önéletrajz Közlemények, hivatkozások jegyzéke További kutatómunka tervezett programja Kitöltött kérdıív Tudományos eredmények rövid összefoglalása Javaslatok az intézeti habilitációs elıadások témájára Három jelentısnek tartott közlemény másolata 1

Önéletrajz: Juhász Zoltán Lakcím: 3042 Palotás, Sugár u. 44. Levelezési cím: 4026 Debrecen, Bem tér 28. Telefon: 30 5580022(mobil) 52 509 200\11367 (munkahely) e-mail: zjuhasz@atomki.hu juzo100@hotmail.com SZEMÉLYES ADATOK: Születési idı: 1976. július 11. Születési hely: Pásztó Állampolgárság: Magyar KÉPZÉSEK: 1990-1994 Vak Bottyán János Ipari Szakközépiskola, Gyöngyös: gépgyártástechnológia, számítástechnika 1994-1999 József Attila Tudományegyetem, Szeged, fizikus szak Diplomamunka: Ultraibolya lézerimpulzus visszaverıdése lézerplazmán 1999-2004 Groningeni Egyetem, Kernfysisch Versneller Instituut, Hollandia: Ph.D. MUNKAHELY: Disszertáció: Charge Exchange Processes That Make Comets Radiate (2004) http://dissertations.ub.rug.nl/faculties/science/2004/z.juhasz/ 2005-2008 MTA Atommagkutató Intézete, Debrecen, Atomi Ütközések Osztálya, tudományos munkatárs OTKA posztdoktori ösztöndíjjal 2008. októberétıl MTA Atommagkutató Intézete, Debrecen, Atomi Ütközések Osztálya, tudományos munkatárs, fiatal kutatói álláshely TUDOMÁNYOS/SZAKMAI-KÖZÉLETI TEVÉKENYSÉGEK, DÍJAK: 2005 : OTKA posztdoktori ösztöndíj (konzulens: Sulik Béla) 2005- : MTA Köztestületi tag 2

2006: Academia Europaea, Burgen Scholar díj 2008: Konferenciaszervezésben való részvétel: Radiation Damage in Biomolecular Systems, 13th-15th June 2008, Debrecen 2008-: MTA Fiatal Kutatók Testülete tag 2009: Osztályvezetı helyettes (Atomi Ütközések Osztálya, ATOMKI) 3

Publikációs lista impaktfaktorok és független hivatkozások feltüntetésével 1. G. Veres, J.S. Bakos, I. B. Földes, K. Gál, Z. Juhász, G. Kocsis, S. Szatmári: Polarization of harmonics generated by ultrashort KrF-laser pulses on solid surfaces,europhys. Lett. 48, 390 (1999) IF: 2.214. Hivatkozások: 1. R. A. Ganeev, J. A. Chakera, M. Raghuramaiah, A. K. Sharma, P. A. Naik, P. D. Gupta, J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 3, S112 S117 (2001). 2. R. A. Ganeev, A. Ishizawac, T. Kanaia, T. Ozakic and H. Kurodaa, Optics Communications, 227, p.175-182, (2003). 3. G. D. Tsakiris, K. Eidmann, J. Meyer-ter-Vehn and F. Krausz, New Journal of Physics 8, 19 (2006) 4. R. A. Ganeev, A. Ishizawa, T. Kanai, T. Ozaki, and H. Kuroda,Optics and Spectroscopy, 94, 295 299 (2003). 5. R. A. Ganeev, J. A. Chakera, and M. Raghuramaiah, A. K. Sharma, P. A. Naik, P. D. Gupta, Phys. Rew. E, 63, 026402 (2001). 6. R. A. Ganeev, T. Kanai, A. Ishizawa, T. Ozaki, H. Kuroda, Appl. Opt. 43, 1396-1403 (2004). 7. G. D. Tsakiris, K. Eidmann, J. Meyer-ter-Vehn, F. Krausz, New J. Phys. 8, 19 (2006). 8. U. Teubner, P. Gibbon, Rev. Mod. Phys. 81, 445-479 (2009). 2. I.B. Földes, J.S. Bakos, K. Gál, Z. Juhász, M.Á. Kedves, G. Kocsis, S. Szatmári and G. Veres: Properties of High Harmonics Generated by Ultrashort UV Laser Pulses on Solid Surfaces, Laser Physics 10, 264-269 (2000) IF: 0.891. 1. H. Kuroda, T. Ozaki, A. Ishizawa, T. Kanai, K. Yamamoto, R. Li, J. Zhang, Laser and Particle Beams 20:1:59-65 Cambridge University Press (2002). 2. T. J. Yang, J. Chen, J. Phys B. 35, 4759-4771 (2002). 3. G. Lubinski, Z. Juhász, R. Morgenstern and R. Hoekstra: State-selective electroncapture cross section measurements for low-energy collisions of He-like ions on H 2, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 33, 5275 (2000) IF: 2.332. Hivatkozások: 1. L. F. Errea, A. Macias, L. Mendez, I. Rabadan, A. Riera, A. Rojas, P. Sanz, Physical Review A, 63, 062713 (2001). 2. L. F. Errea, A. Macias, L. Mendez, I. Rabadan, A. Riera, P. Sanz, International Journal of Quantum Chemistry, 86, 182-189 (2002). 3. D. M. Kearns, R. W. McCullough and H. B. Gilbody, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 35, 4335 4346 (2002). 4. H.B. Gilbody and R.W. McCullough, J. Phys.: Conf. Ser. 2, 199-208 (2004). 4

5. B. Zarour, C. Champion, J. Hanssen, B. Lasri, Nucl. Instr. Meth. B, 235, 374 377(2005). 6. D. Fischer, B. Feuerstein, R. D. DuBois, R. Moshammer,J. R. Crespo López-Urrutia, I. Draganic, H. Lörch, A. N. Perumal and J. Ullrich, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 35, 1369 1377 (2002). 7. K. Ishii, Y. Inoue, H. Ogawa, A. Itoh and N. Sakamoto, J. Phys.: Conf. Ser. 58, 275 (2007). 8. T. Kaneyasu, T. Azuma and K. Okuno, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38, 1341 1361 (2005). 9. T. Kaneyasu, T. Azuma, Shinku, 48, 471 (2005). 10. D. M. Kearns, R. W. McCullough, H. B. Gilbody, Int. J. Mol. Sci., 3, 162-175 (2002). 11. V. A. Krasnopolsky, J. B. Greenwood, P. C. Stancil, Space Science Review 113, 271-373 (2004). 12. R. W. McCullough, D. M. Kearns, J. B. Greenwood, H. B. Gilbody, Nucl. Instr. Meth. B, 205, 581 585 (2003). 13. B. J. Wargelin, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, Can. J. Phys., 86, 151-169 (2008). 14. P. Beiersdorfer, L. Schweikhard, P. Liebisch, G. V. Brown, ApJ 672, 726-732 (2008). 15. L. F. Errea, L. Fernandez, A. Macias, L. Mendez, I. Rabadan, A. Riera, Physical Review A, 69, 012705 (2004). 16. H. Gao, V. H. S. Kwong, Physical Review A, 69, 052715 (2004). 17. H. Tanuma, H. Ohashi, E. Shibuya, N. Kobayashi, T. Okuno, S. Fujioka, H. Nishimura, K. Nishihara, Nucl. Instr. Meth. B, 235, 331 336 (2005). 18. A. Bhardwaj, R. F. Elsner, G. R. Gladstone, et al., Plan. Space Sci. 55, 1135-1189, (2007). 19. L. Liu, Y. Q. Zhao, J. G. Wang, R. K. Janev, H. Tanuma, Phys. Rev. A, 81, 014702 (2010). 20. M. Frankel, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, J. Clementson, M. F. Gu, L. Schweikhard, J. Phys.Conf. Ser. 163, 012051 (2009). 4. G. Lubinski, Z. Juhász, R. Morgenstern and R. Hoekstra: Low-Energy State-Selective Charge Transfer by Multiply Charged Ions, Phys. Rev. Lett. 86, 616 (2001) IF: 6.668. Hivatkozások: 1. L. F. Errea, A. Macías, L. Méndez, B. Pons, A. Riera, The Journal of Chemical Physics, 119, pp. 325-337 (2003). 2. H. Lebius, A. Brenac, B. A. Huber, L. Maunoury, F. Gustavo, and D. Cormier, Review of Scientific Instruments 74, pp. 2276-2279 (2003). 3. X. Cai, D. Yu, X. Chen, R. Lu, Z. Cao, W. Yang, C. Shao and X. Ma, Phys. Scr., 68, 227 229, (2003). 5

4. J. Caillat, A. Dubois, I. Sundvor, and J.-P. Hansen, Phys. Rev. A, 70, 032715 (2004) 5. L. F. Errea, A. Macías, L. Méndez, B. Pons, A. Riera, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 36, (2003) L135 L141 6. Y. Itoh, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 35, 3217 3225 (2002). 7. W. R. Johnson, I. M. Savukov, U. I. Safronova, A. Dalgarno, ApJ Suppl. Ser., 141, 543 557 (2002). 8. M. Rigazio, V. Kharchenko, A. Dalgarno, Phys. Rev. A, 66, 064701 (2002). 9. X. H. Cai, D. Y. Yu, R. C. Lu, Z. R. Cao, W. Yang, C. J. Shao, X. M.Chen, X. W. Ma, Nucl. Instr. Meth. B, 225, 185 190 (2004). 10. X. H. Cai, D. Y. Yu, Z. R. Cao, R. C. Lu, W. Yang, C. J. Shao, X. M.Chen, Chin. Phys. 13, 1679-1683 (2004). 11. N. Stolterfoht, R. Cabrera-Trujillo, R. Hellhammer, Z. Pesic, E. Deumens, Y. Ohrn, J. R. Sabin, Adv. Quant. Chem., 52, 149-170 (2007). 12. A. Bhardwaj, R. F. Elsner, G. R. Gladstone, et al., Plan. Space Sci. 55, 1135-1189, (2007). 13. B. J. Wargelin, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, Can. J. Phys., 86, 151-169 (2008). 14. A. Anders, E. Oks, J. Appl. Phys., 106, 023306 (2009). 15. D. Elizaga, L.F. Errea, J.D. Gorfinkiel, C. Illescas, A. Macías, L. Méndez, I. Rabadán, A. Riera, A. Rojas, P. Sanz, Atomic and Plasma- Material Interaction Data for Fusion 10, 71 (2002). 16. M. Frankel, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, J. Clementson, M. F. Gu, L. Schweikhard, J. Phys.Conf. Ser. 163, 012051 (2009). 5. Z. Juhász, G. Lubinski, R. Morgenstern, R. Hoekstra: Line emission spectroscopy of low-energy charge transfer reactions, Atomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusion 10, 25 (2002) Hivatkozások: 1. L. F. Errea, A. Macías, L. Méndez, B. Pons, A. Riera, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 36, L135 L141 (2003). 6. D. Bodewits, Z. Juhász, R. Hoekstra, A.G.G.M. Tielens: Catching some Sun: Probing the solar wind with cometary x-ray and far-ultraviolet emission, The Astrophysical Journal, 606, L81 (2004) IF: 6.187. Hivatkozások: 1. S. Legendre, E. Giglio, M. Tarisien, A. Cassimi, B. Gervais and L.Adoui, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38, L233 L241 (2005) 2. P. M. Y. Garcia, G. M. Sigaud, H. Luna, A. C. F. Santos, E. C. Montenegro, M. B. Shah, Phys. Rev. A 77, 052708 (2008) 3. T. Kaneyasu, T. Azuma and K. Okuno,J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38, 1341 1361 (2005). 6

4. R. Pepino, V. Kharchenko, A. Dalgarno, R. Lallement, ApJ 617, 1347-1352 (2004). 5. R. Ali, P. A. Neill, P. Beiersdorfer, C. L. Harris, M. J. Rakovic, J. G. Wang, D. R.Schultz, P. C. Stancil, ApJ 629, L125-L128 (2005). 6. P. Barragan, L. F. Errea, L. Mendez, I. Rabadan, A. Riera,, ApJ 636, 544-547 (2006). 7. V. A. Krasnopolsky, J. Geophys. Res. Sp. Phys. 111, A12102 (2006). 8. A. Bhardwaj, R. F. Elsner, G. R. Gladstone, et al., Plan. Space Sci. 55, 1135-1189, (2007). 9. B. J. Wargelin, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, Can. J. Phys., 86, 151-169 (2008). 10. M. V. Vavrukh, B. O. Seredyuk, R. W. McCullough, Prob. At. Sci. Tech. 6, 84-86 (2008). 11. R. Cabrera, J. R. Sabin, Y. Ohrn, E. Deumens, N. Stolterfoht, Phys. Rev. A 83, 012715 (2011). 7. S. Mátéfi-Tempfli, M. Mátéfi-Tempfli, L. Priaux, Z. Juhász, S. Biri, É. Fekete, I. Iván, F. Gáll, B. Sulik, Gy. Víkor, J. Pálinkás and N. Stolterfocht: Guided transmission of slow Ne 6+ ions through the nanochannels of highly ordered anodic alumina.nanotechnology 17, 3915 (2006) IF: 3.037. Hivatkozások: 1. P. Skog, I.L. Soroka, A. Johansson, R. Schuch, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 258, 145 149 (2007) 2. S.A. Aseev, B.N. Mironov, S.V. Chekalin, V.S. Letokhov, JETP Letters, 87, 361 363 (2008). 3. D.H. Li, Y.Y. Wang, Y.T. Zhao, G.Q. Xiao, D. Zhao, Z.F. Xu, F.L. Li, Nucl. Instr. Meth. B, 267, 469 473 (2009). 4. P. Skog, H.Q. Zhang, and R. Schuch, Phys. Rev. Lett., 101, 223202 (2008). 5. K. Schiessl, K. Tıkési, B. Solleder, C. Lemell, J. Burgdörfer, Phys. Rev. Lett. 102, 163201 (2009). 6. G. Kowarik, R. J. Bereczky, F. Aumayr, K. Tıkesi, Nucl. Instr. Meth. B, 267, 2277 2279 (2009). 7. S.A. Aseev, B.N. Mironov, V. G. Minogin, S.V. Chekalin, V.S. Letokhov, JETP Letters, 90, 13 17 (2009). 8. H. Q. Zhang, P. Skog, R. Schuch, Phys. Rev. A, 82, 052901 (2010). 9. R. J. Bereczky, G. Kowarik, F. Aumayr, K. Tıkesi, Nucl. Instr. Meth. B, 267, 317 320 (2009). 10. K. Schiessl, C. Lemell, K. Tıkési, J. Burgdörfer, J. Phys.Conf. Ser. 194, 012069 (2009). 11. H. Q. Zhang, P. Skog, R. Schuch, J. Phys.Conf. Ser. 163, 012092 (2009). 12. K. Schiessl, C. Lemell, K. Tıkési, J. Burgdörfer, J. Phys.Conf. Ser. 163, 012081 (2009). 7

13. W. Wang, D. Qi, D. Yu, M. Zhang, F. Ruan, J. Chen, X. Cai, J. Phys.Conf. Ser. 163, 012093 (2009). 14. T. Schweigler, C. Lemell, J. Burgdörfer, Nucl. Instr. Meth. B, 269, 1253 1256 (2011). 15. Wei Wang et al., Physica Scripta T, 144, 4023 (2011). 8. Z. Juhász, J. -Y. Chesnel, F. Frémont, A. Hajaji, B. Sulik: Coulomb explosion and binary encounter processes in collisions between slow ions and small molecules of biological interest. Radiation Damage in Biomolecular Systems: Proceedings of the 5th International Conference. RADAM 2008. Debrecen, Hungary, 13-15 June, 2008, AIP Conference Proceedings 1080, 118 (2008). Hivatkozások: 1. N. L. Guevara, E. Teixeira, B. Hall, E. Deumens, Y. Ohrn, J. R. Sabin, Phys. Rev. A 80, 062715 (2009). 9. Z. Juhász, B. Sulik, S. Biri, I. Iván, K. Tökési, É. Fekete, S. Mátéfi-Tempfli, M. Mátéfi-Tempfli, Gy.Víkor, E. Takács, J. Pálinkás: Ion guiding in alumina capillaries: MCP images of the transmitted ions. Nucl. Instr. and Meth. B 267, 321 (2009) IF: 1.156. 10. Z. Juhász, B. Sulik, F. Frémont, A. Hajaji, J.-Y. Chesnel: Anisotropic ion emission in the fragmentation of small molecules by highly charged ion impact. Nucl. Instr. and Meth. B, 267, 326 (2009) IF: 1.156. Hivatkozások: 1. N. L. Guevara, E. Teixeira, B. Hall, E. Deumens, Y. Ohrn, J. R. Sabin, Phys. Rev. A 80, 062715 (2009). 11. N. Stolterfoht, R. Hellhammer, D. Fink, B. Sulik, Z. Juhász, E. Bodewits, H.M. Dang, R. Hoekstra: Time evolution of ion guiding through nanocapillaries in a PET polymer, Nucl. Instr. and Meth. B, 267, 669 (2009) IF: 1.156 Hivatkozások: 1. M. Kreller, G. Zschornack, U. Kentsch, Nucl. Instr. Meth. B, 269, 1032 1035 (2011). 12. N. Stolterfoht, R. Hellhammer, D. Fink, B. Sulik, Z. Juhász, E. Bodewits, H. M. Dang, and R. Hoekstra: Dynamic properties of ion guiding through nanocapillaries in an insulating polymer. Phys. Rev. A 79, 022901 (2009) IF: 2.866. Hivatkozások: 8

1. A. R. Milosavljevic, J. Jureta, Gy. Vikor, Z. D. Pesic, D. Sevic, M. Matefi-Tempfli, S. Matefi-Tempfli, B. P. Marinkovic, EPL 86, 23001 (2009). 2. G. Z. Sun, X. M. Chen, J. Wang, et al., Phys. Rev. A 79, 052902 (2009). 3. F. Y. Xi, H. P. Liu, Y. X. Lu, X. M. Chen, Y. Y. Wang, Nucl. Instr. Meth. B, 268, 2292-2294 (2010). 4. H. Q. Zhang, P. Skog, R. Schuch, Phys. Rev. A 82, 052901 (2010). 5. B. S. Dassanayake, R. J. Bereczky, S. Das, A. Ayyad, K. Tıkési, J. A. Tanis, Phys. Rev. A 83, 012707 (2011). 6. L. Chen, X. Y. Lv, J. J. Jia, et al., J. Phys. B 44, 045203 (2011). 7. E. De Filippo, G. Lanzano, F. Amorini, et al., Phys. Rev. A 82, 062901 (2010). 8. B. S. Dassanayake, S. Das, R. J. Bereczky, K. Tıkési, J. A. Tanis, Phys. Rev. A 81, 020701 (2010). 9. K. Schiessl, C. Lemell, K. Tıkési, J. Burgdörfer, J. Phys.Conf. Ser. 194, 012069 (2009). 10. B. S. Dassanayake, S. Das, R. J. Bereczky, K. Tıkési, J. A. Tanis, J. Phys.Conf. Ser. 194, 132016 (2009). 11. P. Rousseau, A. Cassimi, L. Maunoury, T. Muranaka et al., J. Phys.Conf. Ser. 194, 132029 (2009). 12. B. S. Dassanayake et al., Physica Scripta T 144, 4041 (2011). 13. B. S. Dassanayake et al., 21st Internationa Symposium on Ion Atom Collisions. Norfolk, Virginia, USA, 17-21 July, 2009 0 14 (2009). 14. B. S. Dassanayake, S. Das, A. Ayyad, R. J. Bereczky, K. Tıkési, J. A. Tanis, Nucl. Instr. Meth. B, 269, 1243 1247 (2011). 13. N. Stolterfoht, R. Hellhammer, Z. Juhász, B. Sulik, V. Bayer, C. Trautmann, E. Bodewits, A. J. de Nijs, H. M. Dang, R. Hoekstra: Guided transmission of Ne7+ ions through nanocapillaries in insulating polymers:scaling laws for projectile energies up to 50 kev. Phys. Rev. A 79, 042902 (2009) IF: 2.866. Hivatkozások: 1. F. Y. Xi, H. P. Liu, Y. X. Lu, X. M. Chen, Y. Y. Wang, Nucl. Instr. Meth. B, 268, 2292-2294 (2010). 2. B. S. Dassanayake, S. Das, R. J. Bereczky, K. Tıkési, J. A. Tanis, Phys. Rev. A 81, 020701 (2010). 3. E. De Filippo, G. Lanzano, F. Amorini, et al., Phys. Rev. A 82, 062901 (2010). 4. B. S. Dassanayake, S. Das, A. Ayyad, R. J. Bereczky, K. Tıkési, J. A. Tanis, Nucl. Instr. Meth. B, 269, 1243 1247 (2011). 5. L. Chen, X. Y. Lv, J. J. Jia, et al., J. Phys. B 44, 045203 (2011). 6. S.J. Wickramarachchi, B.S. Dassanayake, D. Keerthisinghe, A. Ayyad, J.A. Tanis. Nucl. Instr. Meth. B, 269, 1248 1252 (2011). 9

7. E. De Filippo, G. Lanzanó, F. Amorini, E. Geraci, L. Grassi, E. La Guidara, I. Lombardo, G. Politi, F. Rizzo, P. Russotto, C. Volant, S. Hagmann, H. Rothard, Phys. Rew. A 83, 064901 (2011). 14. S.Biri, I. Iván, Z. Juhász, B. Sulik, Cs. Hegedős, A. Ifj. Jenei, S. Kökényesi, J. Pálinkás: Application of the Atomki-ECRIS for materials research and prospects of the medical utilization. 18th International Workshop on ECR Ion Sources. ECRIS 08. Chicago, Ill. USA, 15-18 Sept., 2008. Proceedings. 41-47 (2009). Hivatkozások: 1. R. K. Jain et al., Sadhana 35, 46 (2010). 2. R. Rácz, Acta Physica Debrecina 44, 108 (2010). 15. N. Stolterfoht, R. Hellhammer, D. Fink, B. Sulik, Z. Juhász, E. Bodewits, A. J. de Nijs, H. Dang, R. Hoekstra: Role of charge patches in ion guiding through nanocapillaries in a PET polymer. J. Phys. Conf. Ser. 194, 132031 (2009). 16. I. Rajta, G. A. B. Gál, S. Z. Szilasi, Z. Juhász, S. Biri, M. Mátéfi-Tempfli, Mátéfi- S. Tempfli: Nanochannel alignment analysis by scanning transmission ion microscopy. Nanotechnology 21, 295704 (2010). IF: 3.644 17. N. Stolterfoht, R. Hellhammer, Z. Juhász, B. Sulik, E. Bodewits, H. M. Dang, R. Hoekstra: Guided transmission of 3-keV Ne7+ ions through nanocapillaries in insulating polymers: Dependence on the capillary diameter. Phys. Rev. A 82, 052902 (2010). IF:2.861 18. Z. Juhász, B. Sulik, R. Rácz, S. Biri, R. J. Bereczky, K. Tıkési, Á. Kövér, J. Pálinkás, N. Stolterfoht: Ion guiding accompanied by formation of neutrals in polyethylene terephthalate polymer nanaocapillaries: Further insight into a self-organizing process. Phys. Rev. A 82, 062903 (2010). IF:2.861 19. N. Stolterfoht, R. Hellhammer, B. Sulik, Z. Juhász, V. Bayer, C. Trautmann, E. Bodewits, R. Hoekstra: Evidence of blocking effects on 3-keV Ne 7+ ions guided through nanocapillaries in polycarbonate, Phys. Rev. A 83, 062901 (2011). IF:2.861 20. G.A.B. Gál, I. Rajta, S.Z. Szilasi, Z. Juhász, S. Biri, C. Cserháti, A. Csik, B. Sulik: Scanning transmission ion microscopy of polycarbonate nanocapillaries. Nucl. Instr. and Meth. B (2011) (published online). IF:1.042 21. Z. Juhász, S. T. S. Kovács, P. Herczku, R. Rácz, S. Biri, I. Rajta, G. A. B. Gál, S. Z. Szilasi, J. Pálinkás, B. Sulik: Guided transmission of 3 kev Ar7+ ions through dense polycarbonate nanocapillary arrays: blocking effect and time dependence of the transmitted neutrals, Nucl. Instr. and Meth. B (2011) (submitted). 10

További kutatómunkám tervezett programja (A hivatkozási számok a saját publikációkra utalnak a publikációs jegyzékben, a betők pedig az egyéb publikációkra a Beszámoló irodalomjegyzékében) Az ATOMKI-ben eddig két fı téma kutatásában vettem részt: lassú ionok nanokapillárisokban való terelıdését vizsgáltam, illetve molekulák széttöredezıdését tanulmányoztam ionbombázás hatására. Ezek más kutatási témákhoz és jövıbeni alkalmazásokhoz is kapcsolódnak (pl. sugárterápia, asztrofizikai folyamatok modellezése, ionok irányított besugárzása) amit jelentıs külföldi és belsı, ATOMKI-s együttmőködések is jeleznek. A jövıben is ezen témakörökben szeretnék tevékenykedni, de fontosnak tartom, hogy új kapcsolódási pontok jöjjenek létre más témákkal, illetve új alkalmazások megvalósítására is törekszem. Ez irányban már régebben megtettem elsı lépéseimet: többször adtam be tudományos pályázatot (OTKA, ERC Starting Grant), illetve javasoltam és végeztem különbözı kísérleteket. Az ionterelés témában a téma felelısévé is váltam. A habilitáció elnyerésével szeretném munkáimat kiteljesíteni és tovább fejleszteni. Hoszszabb távon pedig a gyorsítókra épülı atom, molekula és felület-fizikában szeretnék új kutatási témákat kezdeményezni, illetve azokba bekapcsolódni. Ionterelés szigetelı nano- és mikrokapillárisokkal, pozitronok terelése fém-szigetelı mikrostruktúrákal Az ionterelés jelenségét vékony szigetelı kapillárisokban körülbelül egy évtizede fedezték fel [a]. Azt találták, hogy néhány kev-os ionok erısen megdöntött, hosszú kapillárisokon nagy számban képesek áthaladni. A jelenséget a kapillárisok falának elektromos feltöltıdése okozza, ami a késıbb érkezett ionok egy részét eltéríti a kijárat felé, anélkül, hogy a felület közelébe jutnának, így azok megırzik eredeti töltésállapotukat. Egy idı után dinamikus egyensúlyi állapot alakul ki, melyet a kapillárisokba becsapódó és azon átjutott ionok aránya valamint a kapillárisok falain kialakuló feltöltött szigetekbıl elszivárgó áram együttesen határoz meg. A felfedezés vékony polietilén-tereftalát (PET) fóliában maratott kb. 100 nm átmérıjő kapillárisokkal történt, de azóta sokféle anyagú és különbözı mérető kapillárisokat vizsgáltak meg ilyen szempontból. Gyakorlatilag az összes szigetelı anyagnál megfigyelték a terelés jelenségét, bár nagy eltérések mutatkoznak a különbözı mintáknál. Az alkalmazások szempontjából igen fontos ezen különbségek feltérképezése. Újabban polikarbonát (PC) anyagú mintáknál a kapillárisok elzáródását figyeltük meg a feltöltıdés során (blokkolódás), ami más anyagra nem volt jellemzı [19]. Az elzáródást valószínőleg túltöltıdés okozza, ami potenciálgátat hoz létre a kapillárisokban. A jelenség erısen függ az anyag elektromos tulajdonságaitól. A kapillárisokban általában nagy elektromos térerısség alakul ki, így a jelenség tanulmányozásával az anyagok nemlineáris elektromos viselkedésérıl is értékes információt kaphatunk. Az ATOMKI elektron-ciklotronrezonanciás ionforrásánál kialakított mérıberendezésünk az eredeti töltésállapotú ionok mellett alacsonyabb töltésállapotú és semleges részecskék detektálására is alkalmas. Erre egy helyzetérzékeny (multi channel 11

plate) detektor szolgál, amivel kétdimenziós szögeloszlásokat tudunk mérni. Nemrég tanulmányoztuk a kapillárisokban termelıdött és áteresztett semleges atomok idıbeni viselkedését, és megfigyeltük, hogy az alacsonyabb töltésállapotú ionoknál jóval nagyobb számban vannak jelen. Az eredeti töltésállapotú ionok szögeloszlásában erıs, korábban is észlelt oszcillációk mutatkoztak [11,12,15], amelyeket az egymás után az ellentétes oldalakon kialakuló feltöltött szigetek okoznak. A semlegesített lövedékionoknál szintén láttunk oszcillációt, de kisebbet és fázisban eltérıt, az intenzitás pedig eltérıen növekedett az ionokéhoz képest. A semlegesítıdött lövedékek vizsgálatának nagy elınye, hogy nem befolyásolja ıket az elektromos tér, egyenesen repülve torzítatlanul adnak információt a keletkezésük helyérıl, vagyis a feltöltött szigetekrıl. Így elsıként tudtuk tanulmányozni a semleges kilépı részecskék keletkezésének módját és helyét, ami kulcsfontosságú az ionterelıdés jelenségének felderítése szempontjából. További munkámban is hasonló vizsgálatokat tervezek különbözı anyagokkal, és különbözı paraméterő kapillárisokkal. A jelenség tökéletesebb megértéséhez ugyanis szisztematikus mérésekre van szükség, ahol egy-egy paramétert fokozatosan változtatunk. A blokkolódás például nagyban függ a kapillárisok hosszától és az ionok energiájától is. Az energiát növelve a blokkolódás megszőnik. Ezek a vizsgálatok, a semleges kilépı részecskék tanulmányozásával együtt részleteiben felderíthetik az ionterelıdés különbözı effektusait. A jelenség teljesebb megértésén túl az alkalmazásokat is fontosnak látom. Egy ilyen lehetséges alkalmazás lehet különféle ritka töltött részecskék nyalábsőrőségének növelése kapillárisokkal. Müonnyalábokkal már történtek ilyen sikeres kísérletek makroszkopikus üvegkapillárisokat alkalmazva [b]. Igen fontos megvalósítandó cél a minél intenzívebb monoenergetikus pozitronnyalábok elıállítása. Ezekre egyre növekvı igény mutatkozik az anyag és antianyag tulajdonságainak összehasonlításához, antihidrogén elıállításához és különféle anyagvizsgálati módszerekhez. Mivel a pozitronforrások viszonylag gyengék, nem várható, hogy a tereléshez szükséges töltött szigetecskéket maguk a pozitronok hozzák létre [c]. A kapillárisok erre az esetre történı alkalmazása során új megközelítésékre van szükség. Ezért olyan multiréteges kapillárisminták létrehozását tőztem ki célul, amelyek szigetelı és vezetı rétegekbıl állnak, és a tereléshez szükséges elektromos teret a rétegekre adott feszültség szolgáltatja. Így nincs szükség a kapillárisok falainak feltöltésére. Modellszámításaim szerint a kapillárisok belsejében kialakuló periodikus elektromos tér önmagában is képes töltött részecskéket terelni. Ionokkal végzett elızetes méréseink valóban jó terelési képességet mutatnak, amely azonnal jelentkezik, mielıtt még feltöltıdés kialakulhatott volna. Az ilyen minták egyben moderátorként is szolgálhatnak, amelyek a radioaktív forrásból származó nagyenergiás pozitronokat a szilárd anyagban ütközések útján lelassítják, majd a megfelelıen lelassított részecskéket a kapillárisok tengelye irányába terelik. Jelenleg moderátorként általában tömör wolfram fóliákat használnak, amelyeknek konverziós hatásfoka kicsi az elkerülhetetlen annihilációs veszteségek miatt. A multiréteges kapillárisminták jelentısen megnövelhetnék a hatásfokot, így biztosítva intenzívebb monoenergiás nyalábokat. Az ATOMKI közeljövıbeli tervei közt szerepel egy pozitronnyalábot szolgáltató berendezés létrehozása, ami a meglévı és a tervezett új ciklotron által termelt radioaktív, pozitront kibocsátó izotópokat használná forrásként. Ennek megépítésében és használatában is szeretnék részt venni, elsısorban az általam tervezett multiréteges kapilláris moderátorok kipróbálásával, alkalmazásával. Multiréteges és egyéb típusú szigetelı mintákat 12

az ATOMKI-ben is elı lehet állítani, ezért az ionterelı kapillárisminták szisztematikus vizsgálatában is szoros együttmőködést tervezek más osztályok kutatóival, felhasználva a rendelkezésre álló berendezéseket, módszereket: magnetronos porlasztás, SNMS, SIMS, ion-mikronyálábos megmunkálás, elektron mikroszkópia. A tervezett kísérleteken túl elméleti téren is szeretném az ionterelést vizsgálni. A kapillárisokban lejátszódó folyamatokra analitikus és numerikus modelleken keresztül szeretnék magyarázatot találni, részben az ezzel már foglalkozó elméleti csoportokkal való együttmőködések keretében. Biológiai szempontból fontos kis molekulák széttöredezıdése ionbombázás hatására sugárkárosodás atomi szinten Az élı szervezetek sugárkárosodása régóta vizsgált terület, de a folyamatok mikéntjérıl atomi-molekuláris szinten még mindig nagyon keveset tudunk. Ezek felderítésére több európai uniós együttmőködés is indult. Az Atomki kutatócsoportjának tagjaként részt vettem és veszek a RADAM (Radiation Damage in Biomolecular Systems, P9, 2003-2007), és jelenleg a Nano-IBCT (Nano-Scale Insights in Ion Beam Cancer Therapy, MP1002, 2010-2014) COST akciók munkájában. Az utóbbi néhány évben több ehhez kapcsolódó kísérleteket végeztünk az ATOMKI-ben és külföldön. Biológiai szövetekben jelen lévı vagy azokhoz hasonló kis molekulák ionbombázás hatására történı széttöredezıdését vizsgáltuk széles bombázóion-energiatartományban. Ezek a kísérletek az ionterápiás kezelésekkor fellépı folyamatok részletes felderítését célozzák meg. Az ionterápiában ugyanis az örökítı anyag károsodását a DNS molekulák törését javarészt másodlagos folyamatok okozzák: az ionok elıször a nagy tömegben jelenlévı vízmolekulákkal hatnak kölcsön, és az ekkor keletkezı semleges és töltött részecskék: szabad gyökök, ionok, elektronok, okozzák a DNS-károsodások jelentıs részét. Természetesen a molekulafragmentációs folyamatok önmagukban is igen érdekes fizikát jelentenek, ez a munka tehát értékes alapkutatás is. Korábban vízmolekulák fragmentációja során megfigyelték, hogy a hidrogénionmolekulatöredékek nagyobb intenzitással emittálódnak a nyalábhoz képest merıleges irányban, mint azzal közelítıleg egyezı, vagy ellentétes irányokban [d]. Ezt azzal magyarázták, hogy a széttöredezést elıidézı lövedékion nagyobb valószínőséggel tud elektronokat befogni, ha a vízmolekulában a hidrogén-magok a nyalábra merıleges irányban állnak. Ehhez hasonló effektusok felderítését tervezem-tervezzük különbözı kis molekuláknál, amelyek az élı szervezetek sugárkárosodásában vagy annak modellezésében szerepet játszhatnak. Hogy jobban megértsük a víz fragmentációjában tapasztalt különleges anizotrópiát, többfajta lövedékkel (nagytöltéső nehéz ionokkal) fogunk kísérleteket végezni, valamint hasonló ill. különbözı szerkezető molekulák fragmentációját fogjuk összehasonlítani. Ezeket minél alacsonyabb energiákon, a néhány kev-os ütközési energia tartományban kívánjuk elvégezni, ahol az elektronbefogási folyamatok egyre jobban meghatározó- 13

ak. A fragmentáció lövedékion-töltéstıl való nagymértékő függésére is szeretnénk magyarázatot találni. Ennek érdekében elméleti csoportokkal együttmőködve szeretnénk kísérleteinket szervezni. A molekulatöredékek megfigyelésén kívül az ütközésekbıl kilépı elektronok energiaspektrumából a különbözı Auger-folyamatok szerepére szeretnénk fényt deríteni, valamint a negatív ionok, különösen a hidrogénion képzıdésének tanulmányozását is tervezzük fıleg a biológiai alkalmazások szempontjából legfontosabb vízmolekula céltárgy esetében. Nagyobb energiákon is tervezünk kísérleteket, a Braggcsúcsnak megfelelı energia körüli tartományban (néhány száz kev/u), ahol a lineáris energiatranszfer a legnagyobb a szövetekben. A szövetkárosodásnak azonban nem szükségszerően ez a maximuma. A DNS-károsító, különbözı specifikus folyamatok hatáskeresztmetszetei ettıl eltérı energiákon maximalizálódhatnak, amelynek részleges felderítéséhez tervezett kutatásaink nagyban hozzájárulhatnak. 14

Kérdıív a habilitáló tudományos tevékenységének értékeléséhez Név: Juhász Zoltán Születési év: 1976 Szőkebb szakterület: atomi és molekuláris ütközések, atomfizika Doktori (PhD) fokozat megszerzésének éve: 2004 Tudományos közleményei: összes közleményének száma: 20 nemzetközi folyóiratban: 17 magyar nyelvő folyóiratban: 0 konferencia-kiadványban: 3 könyvekben: 0 nemzetközi folyóiratban megjelent közleményeinek effektív száma (Σi ti -½, ahol ti az i-edik publikáció társszerzıinek száma, és az összegzés a pályázó összes publikációjára vonatkozik): 6,61 Közleményeinek idézettsége: összes dolgozatának SCI idézettsége: 82 független idézettsége (önhivatkozás és társszerzıknek a közös cikkre való hivatkozása nélkül): 99 effektív idézettsége (Σi hi ti -½, ahol ti az i-edik publikáció társszerzıinek száma, hi pedig az erre vonatkozó független hivatkozásoké, és az összegzés a pályázó összes publikációjára vonatkozik): 41,18 a PhD fokozat megszerzése óta írt dolgozatainak független / SCI idézettsége: 32 a téziseiben felhasznált közleményeinek független / SCI idézettsége: 40 15

A pályázó 3 legjelentısebb dolgozatának bibliográfiai adatai: G. Lubinski, Z. Juhász, R. Morgenstern and R. Hoekstra: Low-Energy State- Selective Charge Transfer by Multiply Charged Ions, Phys. Rev. Lett. 86, 616 (2001) IF: 6.668. Z. Juhász, B. Sulik, F. Frémont, A. Hajaji, J.-Y. Chesnel: Anisotropic ion emission in the fragmentation of small molecules by highly charged ion impact. Nucl. Instr. and Meth. B, 267, 326 (2009) IF: 0.997. Z. Juhász, B. Sulik, R. Rácz, S. Biri, R. J. Bereczky, K. Tıkési, Á. Kövér, J. Pálinkás, N. Stolterfoht: Ion guiding accompanied by formation of neutrals in polyethylene terephthalate polymer nanaocapillaries: Further insight into a selforganizing process. Phys. Rev. A 82, 062903 (2010). IF:2.866 Mőszaki fejlesztési tevékenység: a pályázó legjelentısebb, megvalósított mőszaki alkotásai, és ennek jellemzıi: szabadalmak: egyéb fejlesztési tevékenység: Ionspektrométer és helyzetérzékeny iondetektor tervezése Komplex kapilláris-mérıhely kialakítása az ECR ionforrás mellett MCP detektor adatfeldolgozó és kiértékelı programjának kifejlesztése ECRIS nyalábmozgató elemeinek tervezése, megépítése Milyen oktatási tevékenységet végzett: Mely intézeti közfeladatok ellátásában vett részt: Osztályvezetı-helyettesi feladatatok (Atomi Ütk. Oszt.) Web-lap szerkesztés, frissítés az Atomi Ütk. Oszt.-nak számára ATPA publikációs adattár javítása 16

Elıadás látogatóknak (BME-rıl, 2011) A habilitációs kérelem elbírálását pozitívan befolyásoló egyéb körülmények: tudományos kitüntetések: Academia Europaea, Burgen Scholar díj (2006) ismeretterjesztı tevékenység: rendezvények szervezése: Radiation Damage in Biomolecular Systems, 13th-15th June 2008, Debrecen szervezı bizottságának tagja elnyert hazai és nemzetközi kutatási támogatások és együttmőködések: OTKA posztdoktori ösztöndíj (2005-2008) Ion Technology and Spectroscopy at Low Energy Ion Beam Facilities, European Commission, 6th Framework Programme (2005-2010, résztvevı) Radiation Damage in Biomolecular Systems, COST Action P9 (2003-2007, résztvevı) Magyar-francia kormányközi TéT projekt (F-30/2006, 2007-2009, részvevı) Nano-scale insights in ion beam cancer therapy (Nano- IBCT),MPNS COST Action MP1002 (2010-2014, résztvevı) a hazai és nemzetközi tudományos szervezetekben betöltött tisztség: MTA Fiatal Kutatók Testülete tag MTA Köztestületi tag 2 hónapnál hosszabb vendégkutatói állás: 17

meghívott elıadások tudományos konferenciákon: egyéb, amit meg kíván említeni: Ion guiding in nanocapillaries, 22nd International Symposium on Ion Atom Collisions. Caen, France, 22-25 July, 2011 Time evolution of ion guiding and formation of neutrals in polymer nanocapillaries, 3rd Workshop on Interaction of Ions with Insulators. WIII2010. Narita, Japan, 4-5 Sept., 2010 Coulomb explosion and binary encounter processes in collisions between slow ions and small molecules of biological interest, Radiation Damage in Biomolecular Systems, Debrecen Hungary, 13th - 15th June 2008 Nemzetközi konferenciákon (HCI, ECAMP, ITS LEIF meeting stb.) ezeken kívül is több (kb. 10) egyéb elıadást tartottam. Rendszeresen részt vettem nemzetközi együttmőködésben (ITS LEIF) végzett mérésekben, meréssorozatokban: -GANIL, Caen, France: - Angular distribution of proton fragments in collisions of H2O and CH4 molecules with slow, highly charged ions - Influence of the target symmetry on the molecular fragmentation following slow ion-molecule collisions - Fragmentation of H 2 S and H 2 O molecule following slow ion-molecule collisions a comparative study - Electron spectroscopy of capture created doubly excited states of projectile molecules and molecular ions an exploratory study -KVI, Groningen, Hollandia: - Ion guiding through nanocapillaries of variable diameter - Time evolution of ion guiding through nanocapillaries in PET - Dynamic properties of ion guiding in nanocapillaries: material and length dependence -RIKEN, Wako, Japan: -Ionterelési kísérletek szigetelı sík lemezpárral 18

Tudományos eredményeim összefoglalása Lézerplazmák vizsgálata Diplomamunkám során nagyintenzitású lézerek szilárdtestekkel való kölcsönhatását vizsgáltam. Tapasztalatokat szereztem a spektroszkópia, a plazmafizika és a femtoszekundumos excimer lézerek területén. Ultraviola lézerimpulzus által szilárd testek felületén keltett lézerplazmák tágulásának sebességét mértem meg a plazmáról viszszaverıdött lézerimpulzus spektrumának tanulmányozásával. Ezek a vizsgálatok a lézerplazmában történı felharmonikus keltés kutatásának keretében történtek, a jelenség körülményeinek tisztázására. Az eredményekrıl nemzetközi szakfolyóiratokban számoltunk be [1,2]. Elektronbefogási (töltéskicserélıdési) folyamatok ion-molekula ütközésekben Doktori képzésemet 1999-ben kezdtem Ubbo Emmius ösztöndíjasként Hollandiában. Ennek keretében lassú ionok molekulákkal történı ütközésének kísérleti vizsgálatát végeztem a Groningeni Egyetem egyik kutatóintézetében (Kernfysisch Versneller Instituut (KVI)). Lassú, néhány kev energiájú ionok és molekulák ütközésekor a legvalószínőbben lejátszódó folyamat az elektronbefogás a lövedék által. A keletkezı magasan gerjesztett állapotban lévı ion vagy atom karakterisztikus röntgen vagy ultraibolya sugárzást bocsájt ki. Ez információt szolgáltat a gerjesztett állapotok populációjáról. Ilyen folyamatok asztrofizikai és fúziós reaktorok plazmáiban is végbemennek, és a sugárzás megfigyelése fontos diagnosztikai eszközt szolgáltat, melyhez a különbözı folyamatok hatáskeresztmetszeteinek ismerete szükséges. A KVI-ben folyó kutatáshoz elektron-ciklotronrezonanciás (ECR) ionforrás szolgáltatta a kis- és nagytöltéső ionokat. A mérések molekuláris gázjet-target segítségével történtek keresztezett nyaláb elrendezésben. Az ionnyalábok nagy divergenciáját, mely egy alapvetı kísérleti probléma ilyen kis nyalábenergiákon, rádiófrekvenciás oktupólionnyalábvezetı korlátozta. Az ionok megfelelı behatároltságának igazolására, különbözı számítógépes modellszámításokat végeztem. A nyaláb méretét meghatároztam az ionnyaláb-vezetıre adott rádiófrekvenciás feszültség függvényében, melynek helyességét a kísérletek igazolták [3]. A kutatócsoportban végzett munkában különbözı állapotszelektív töltés-kicserélıdési hatáskeresztmetszeteket határoztunk meg a megfigyelt vákuum-ultraviola spektrumokból, fıként héliumszerő ionok hidrogénmolekulákkal való ütközésében, amelyek fontos információt szolgáltattak a termonukleáris fúziós reaktorok diagnosztikájához [3-5]. A doktori disszertációmban fıként olyan ütközési rendszereket vizsgáltam (He +, He 2+ + H 2, CO, CO 2 ) amelyek a napszél és az üstökösök atmoszférájának kölcsönhatásában szerepet játszanak [5,6]. A mért adatok alapján az üstökösök He I és He II Lyman-alfa sugárzását modelleztem [6]. 19

Ionterelés szigetelı nanokapillárisokkal Ionok és szilárdtestek felületének kölcsönhatása során számos jelenség fellép. Az ionok a felület közelébe érve elektronokat fognak be magasan gerjesztett állapotokba és úgynevezett üreges atomok jönnek létre. A szilárd testbe becsapódva azonban ezek szerkezete megváltozik. Vékony fémfóliákban létrehozott kapillárisok és ionok kölcsönhatását azért kezdték el vizsgálni, mert az ionok a kapillárisok felületének közvetlen közelébe érhetnek a kijáratnál anélkül, hogy késıbb becsapódnának, lehetıséget adva szabad üreges atomok tanulmányozására. Körülbelül tíz éve Berlinben szigetelı polietilén-tereftalát (PET) fóliákban kialakított kapillárisokkal kezdtek el kísérletezni, és meglepıdve tapasztalták, hogy az ionok még akkor is nagy számban átjutnak a kapillárisokon, amikor azok tengelyei nagyobb szöget zárnak be az ionnyaláb tengelyével, mint a kapillárisok nyílásszöge [a]. A nagy átviteli arány a kapillárisok hosszúkás alakja miatt is meglepı volt, a hossz átmérı arány kb. 100, a kapillárisok tipikus átmérıje néhány 100 nm. Az átjutott ionok többsége megtartotta eredeti töltésállapotát, ami azt mutatja, hogy nem kerültek a felület közvetlen közelébe. A jelenséget a kapillárisok falának elektromos feltöltıdése okozza. Kezdetben az ionok becsapódnak a felületbe és leadják elektromos töltésüket, feltöltött szigetet hozva létre a kapilláris felületén. Ez a késıbbiekben az elektrosztatikus taszítás révén megakadályozza, hogy a további ionok a felület közelébe jussanak, azok a kapillárisok kijárata felé, vagy a szemközti oldalára terelıdnek. A szemközti oldalon a folyamat megismétlıdik, így egy vagy több ilyen terelıdés után az ionok nagy valószínőséggel kijuthatnak a kimenı nyíláson a kapilláris tengelyéhez közeli irányban. A többszörös terelıdés miatt a kijutó ionok átlagos szöge kissé oszcillál a kapilláris tengelyének iránya körül. A folyamatot az elsı ábrán szemléltetjük. Mindamellett, hogy az önszervezı folyamat megértése érdekes fizikai probléma, a jelenség alkalmazásokban is korán szerepet kapott. Például, elvékonyodó üvegkapillárisokat biológiai minták, sejtek ionbesugárzásánál használnak abból a célból, hogy a minták egy adott, kicsiny helyére irányítsák a sugárzást [e]. 1. Ábra Az ionterelés jelensége. Az ionterelés felfedezése nagy nemzetközi érdeklıdést váltott ki. Az Atomi Üközések Osztályának munkatársaival mi is kísérletekbe kezdtünk az ATOMKI-ben az ECR ionforrás néhány kev-os nyalábjain. A mérési berendezések: ionspektrométer, Faradaycsészék, majd a késıbbiekben a helyzetérzékeny detektor tartószerkezetének megtervezése az én feladatom volt. Az elsı méréseket elektrokémiai oxidációval elıállított, szorosan egymás mellé rendezett kapillárisokat tartalmazó, Al 2 O 3 anyagú membránokon végeztük, melyeket Belgiumból kaptunk (UCL) egy együttmőködés keretein belül [7]. A membránok elülsı és hátsó felülete fémréteggel volt bevonva a makroszkopikus feltöltıdések elkerülése érdekében. Ezeknél a kapillárismintáknál is tapasztaltuk az ionterelés jelenségét, 20

amely csak egy bizonyos idıvel az után jelenik meg, hogy az ionnyalábot a kapillárismintára bocsátottuk. Ez annak a jele, hogy a terelést a kapillárisfalak önszervezı módon történı feltöltıdése okozza. Egy idı után dinamikus egyensúlyi állapot alakul ki, melyet a kapillárisokba becsapódó és azon átjutott ionok aránya, valamint a kapillárisok falain kialakuló feltöltött szigetekbıl elszivárgó áram együttesen határoz meg. Az ionterelési képesség az egyensúlyi állapotban hasonlónak adódott, mint a PET mintáknál. Ezekben a mérésekben a szögeloszlásokat ionspektrométerrel vettük fel, melyet a minta döntési síkjában léptettünk. Az áteresztett ionoknak viszonylag nagy szögszórását figyeltük meg, melyben a kapillárisok nem elhanyagolható irány szerinti szögszórása is szerepet játszott. Külföldi együttmőködésben, Hollandiában (KVI, Groningen) szinte teljesen párhuzamos csatornákat tartalmazó polietilén-tereftalát, valamint polikarbonát (PC) kapillárismintákon vizsgáltuk a feltöltıdés dinamikáját, a terelıképesség átmérıtıl és ionenergiától való függését [11-13,15,17]. Ezeket a méréseket szintén ionspektrométerrel végeztük. A döntési síkban felvett szögeloszlások idıfüggésében oszcilláló viselkedést figyeltünk meg, amely az egyensúly beállta elıtt a kapillárisokban idılegesen kialakuló, feltöltött szigeteknek köszönhetı. Nagy eltérések mutatkoztak a terelési tulajdonságokban a két anyagot összehasonlítva. Polikarbonát anyagnál a nyaláb bekapcsolása után bizonyos idıvel a kapillárisok csaknem teljes elzáródását figyeltük meg [19]. Ionspektrométeres vizsgálatokban Al 2 O 3 anyagra mi mutattuk ki elıször az ionterelés jelenségét az ATOMKI-ben, elsı mérési eredményeinket a Nanotechnology folyóiratban közöltük [7]. Helyzetérzékeny detektorral két-dimenzióban is feltérképeztük a kapillárisokon áthaladt ionok szögeloszlásait, amelyek nagyfokú körkörös szimmetriát mutattak [9]. A mérések során arra lettem figyelmes, hogy a töltött ionokon kívül nagy számban érkeznek elektromos térre nem reagáló, semleges részecskék a detektor felületére. Bár az eredeti nyaláb is tartalmazott semleges komponenst (amit késıbb sikerült megszüntetni), kimutattuk, hogy a semlegesek többsége a kapillárisokból származik. Késıbb a semleges komponenst teljesen semlegesítıdött lövedékekként tudtuk azonosítani. Ezek a kapillárisokban az ion - felület kölcsönhatások eredményeként jönnek létre. Ez a megfigyelés további kutatásokat indított el. Helyzetérzékeny detektorunkkal polietilén-tereftalát anyagú kapillárismintákat vizsgáltunk meg, fı célul tőzve ki a kilépı semlegesítıdött lövedékek tanulmányozását [18]. Az Elektronikai Osztály segítségével új feldolgozó elektronikát és programot fejlesztettünk ki a detektor számára, amellyel megnöveltük a feldolgozható beütésszámot, és a szögeloszlások idıben sőrő felvételét lehetıvé tettük. A kapott nagyszámú (akár több ezres nagyságrendő) kétdimenziós eloszlás-képek matematikai feldolgozását én végeztem el speciális, általam kifejlesztett programok segítségével. A különbözı töltésállapotú ionokat elektromos térrel szétválasztva, különálló csúcsok jelennek meg a detektoron. A csúcsokban érkezı különbözı komponensek intenzitását, átlagos szögét, szögszórását statisztikai módszerekkel határoztam meg, megfelelı háttérlevonást alkalmazva. Ez jobban alkalmazható volt ilyen nagy mennyiségő adatoknál, és pontosabb értékeket adott, mint az egydimenziós esetben használt (Gauss-) görbe illesztési módszerek. Az eredmények szerint a kapillárisokból kilépı ionok többsége megırizte eredeti töltésállapotát, de néhány százalékban teljesen semlegesítıdtek. A részlegesen semlegesített ionok száma az észlelési küszöb alatt volt. Az ionok átlagos eltérülési szöge, a korábbi kísérleteknek megfelelıen, viszonylag erısen oszcillált az idıben. A semlegesített lövedékeknél gyengébb és fázisban eltérı oszcilláció lépett fel, valamint az ionoknál hamarabb jelentek meg 21

és hamarabb stabilizálódott az intenzitásuk. Ebbıl arra következtettünk, hogy ezeknél a kapillárisoknál az atomok többsége súrlódó beesésnél keletkezik a kapillárisok bejáratánál és közbensı részeinél, ellentétben korábbi elképzelésekkel, amelyek feltételezték, hogy azok a kapilláris kimeneténél jönnek létre az átjutott ionokból. Hasonló vizsgálatokat PC anyagú kapillárismintáknál is végeztünk [21]. Az ionoknál itt is tapasztaltuk az elzáródás jelenségét. Az ionok és semlegesek intenzitásának idıfüggése ebben az esetben nagymértékben hasonló volt, ami arra utal, hogy itt a semlegesek jelentıs része a kapillárisok kijáratánál keletkezik, ami ezen kapillárisok nagyobb hossz/átmérı arányával magyarázható. Az idıfüggések leírására egy egyszerő modellfüggvény is megadtam, a kapillárisban felgyülemlett töltés és a blokkolódás lineáris kapcsolatát feltételezve, amely jól visszaadja a kapott bonyolult idıfüggést, de eltérések is tapasztalhatók. Az eltérések kifinomultabb modellek kidolgozásának szükségességére és lehetıségére utalnak. Az Ionnyaláb-fizikai Osztályon az ionterelési kísérletekben használt Al 2 O 3 és PC minták tulajdonságait vizsgálták meg nagyenergiás proton-mikronyalábbal, amely információt szolgáltat a kapillárisok szögszórásáról [16,20]. A mérési eredmények kiértékelésében, értelmezésében én is részt vettem. Az elektrokémiai úton növesztett Al 2 O 3 mintáknak doménes szerkezetőeknek bizonyultak. Megfigyeltük, hogy egy doménen belül a kapillárisok párhuzamosak, de a különbözı doméneket nézve akár néhány fokos szöget is bezárhatnak egymással. Az ionnyomok maratásával elıállított PC minták homogének, de a kapillárisoknak nem elhanyagolható, ~1 os szögszórása van. Ezen tulajdonságok ismerete nemcsak az ionterelési jelenségek értelmezésénél fontos, hanem a kapcsolódó technológiák szempontjából is. Biológiai szempontból fontos kis molekulák széttöredezıdése ionbombázás hatására Az ATOMKI Van de Graaff gyorsítójánál 800 kev-os egyszeresen töltött ionokat ütköztettünk víz- és metánmolekulákkal. Egyszerre 13 szögben vettük fel az ütközések során keletkezı molekulatöredékek energiaeloszlását, amelybıl azonosítottuk a különbözı fragmentációs csatornákat. Ezen az energián a molekulák széttöredezıdésének meghatározó mechanizmusa a molekulák direkt, többszörös ionizációja és azt követı Coulombrobbanás. Alacsonyabb ütközési energiákon elektronbefogási folyamatok is nagy valószínőséggel lejátszódnak, amelyek ugyancsak Coulomb-robbanáshoz vezethetnek, a céltárgy-molekula többszörös elektronvesztése miatt. Az alacsonyabb 15-70 kev közötti energia tartományban a méréseket a franciaországi GANIL intézetben az ITS LEIF együttmőködés keretében, az ARIBE létesítmény ECR ionforrásánál végeztük. Egyik fı célkitőzésünk a molekulatöredékek szögeloszlásában anizotrópiák kimutatása volt. Korábban vízmolekulák fragmentációja esetén megfigyelték, hogy a hidrogénionmolekulatöredékek nagyobb intenzitással emittálódnak a nyalábhoz képest merıleges irányban, mint azzal közelítıleg egyezı, vagy ellentétes irányokban [d]. Ezt azzal magyarázták, hogy a széttöredezést elıidézı lövedékion nagyobb valószínőséggel tud elektronokat befogni, ha a vízmolekulában a hidrogén-magok a nyalábra merıleges irányban állnak. 22

A fragmentációban fellépı anizotrópiákat különbözı molekuláknál tanulmányoztuk. H 2 O, CH 4, C 6 H 6, H 2 S molekulák széttöredezıdését vizsgáltuk N 6+, O 7+ hidrogénszerő ionokkal való ütközések során a 15-70 kev-os ütközési energiatartományban. A fragmentumok energiaspektruma hasonló volt ahhoz, amit a nagyenergiás ütközéseknél kaptunk, de nagyobb fragmentumenergiánál is megjelentek csúcsok a sokszoros elektron befogási folyamatoknak köszönhetıen, amelyek lassú nagytöltéső ionokkal való ütközésekben nagy valószínőséggel játszódnak le. Energiafüggı anizotrop spektrumokat találtunk a fragmentumok eloszlásában minden vizsgált molekulánál. Ezek többnyire a lövedék utóhatásainak, illetve direkt mag-mag ütközéseknek tulajdoníthatók. A víznél más típusú anizotrópiát is találtunk, ami nem magyarázható az elızı két effektussal, így az eredete egyelıre tisztázatlan. Kutatásainknak váratlan eredményei is voltak. Az O 7+ lövedék esetén a különbözı molekulák (CH 4, H 2 O, H 2 S) fragmentácóiójára lényegesen más energia-spektrumokat kaptunk, mint N 6+ lövedék esetén. Ez meglepı volt, hiszen a két ion töltése alig különbözik egymástól. A különbözı csúcsok aránya teljesen más volt a két esetben, azt jelezve, hogy a különbözı többszörös elektronbefogási folyamatok nagyon eltérı valószínőséggel valósulnak meg a két ion esetében. Felvetıdött annak lehetısége is, hogy a különbségekben belsı héjról történı elektronbefogási folyamatok is szerepet játszanak, amelyek nagymértékben függnek a lövedékion töltésétıl. Ezek autoionizációs folyamatokhoz vezetnek, megváltoztatva a molekula töltésállapotát a Coulomb robbanás elıtt. Ugyancsak meglepı eredményekre jutottunk, amikor negatív részecskék (elektronok, ionok) kilökıdésének szög és energia szerint differenciális hatáskeresztmetszeteit mértük meg OH + ionok Ar atomokkal és aceton (CH 3 -CO-CH 3 ) molekulákkal való ütközéseiben 7 kev ütközési energián. A kibocsátott elektronok folytonos spektrumán néhány 100 ev energiánál éles csúcs jelent meg argontarget esetében, acetonnál pedig két csúcsot is megfigyelünk. A csúcsok intenzitása és helyzete változott a megfigyelési szög függvényében. Ez igen meglepı volt, mivel csak Auger-folyamatoknak köszönhetı csúcsokat vártunk ezeknél az ütközési rendszereknél, amelyek folyamán kilépı elektronok nagymértékben izotrop eloszlást mutatnak. A megoldást kinematikai számolás alapján sikerült megtalálnom, miszerint ezek a csúcsok negatív hidrogén ionoknak köszönhetıek, melyek a lövedékrıl, illetve aceton esetén, a lövedékrıl és a céltárgyról is származnak. A kinematikai analízis azt mutatja, hogy a megfigyelt ionok az atomi centrumok közvetlen ütközésének hatására szakadnak le a molekulákról, mely magyarázza a tapasztalt szögfüggéseket. Hasonló folyamatot legjobb tudásunk szerint még nem figyeltek meg. A vizsgált ütközési energia a Bragg-csúcson túli behatolási mélységhez tartozó energiáknak feleltethetı meg, ezért a negatív ionok termelıdése fontos szerepet játszhat ionterápiás alkalmazásoknál. Hasonló ütközési rendszerekben eddig csak pozitív ionok emisszióját azonosították [d,f]. A kutatás új fontos reakciócsatornák bevezetéséhez is elvezethet a radiolízis tanulmányozásában. Irodalomjegyzék: [a] N. Stolterfoht, J.-H. Bremer, V. Hoffmann, R. Hellhammer, D. Fink, A. Petrov, B. Sulik, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 13320. [b] T. M. Kojima, D. Tomono, T. Ikeda, K. Ishida, Y. Iwai, M. Iwasaki, Y. Matsuda, T. Matsuzaki, Y. Yamazaki, J. Phys. Soc. Jap.76 (2007) 093501. 23

[c] N. Oshima, Y. Iwai, T. M. Kojima, T. Ikeda,, Y. Kanazawa, M. Hoshino, R. Suzuki, Y. Yamazaki, Mat. Sci. For. 607 (2009) 263-265. [d] P. Sobocinski, Z. D. Pešić, R. Hellhammer, D. Klein, B. Sulik, J.-Y. Chesnel and N. Stolterfoht, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 39 (2006) 927 937. [e] Y, Iwai, T, Ikeda, T, M. Kojima, Y, Yamazaki, K. Maeshima, N. Imamoto, T.Kobayashi, T. Nebiki, T. Narusawa, Grigory P. Pokhil, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 023509. [f] F. Alvarado, R. Hoekstra and T. Schlathölter, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38 4085 (2005). Tervezett elıadások Ion-felület kölcsönhatások nanokapillárisokban Lassú ionok képesek áthaladni szigetelı fóliákban kialakított vékony kapillárisokon, még akkor is, ha viszonylag nagy beesési szögben érkeznek az ionok. A jelenséget, amit nemrég fedeztek fel, a kapillárisok önszervezı módon történı feltöltıdése okozza, ami az ionok egy jelentıs részénél megakadályozza, hogy azok a felület közelébe jussanak. Az átjutó ionok így nagyrészt megtartják eredeti töltésállapotukat, és a kapillárisok irányába terelıdve távoznak. Ez a jelenség alkalmazásokban is szerepet játszik, ahol ionokat irányítanak kis csövecskékkel, de az önszervezı jelenség megértése alapkutatás szempontjából is érdekes. Az elıadásomban beszámolok az ATOMKI-ben végzett kutatásainkról, amelyekben néhány 100 nm átmérıjő kapillárisokon átjutott, eredeti töltésállapotú ionok mellett vizsgáltuk a részlegesen vagy teljesen semlegesítıdött lövedékionok kétdimenziós szögeloszlásait is. Némileg meglepı módon, jelentıs semleges komponenst figyeltünk meg, míg a részlegesen semlegesítıdött ionok aránya elhanyagolható volt. A semlegesített lövedékek a felülettel való kölcsönhatásban jönnek létre, és mivel egyenes vonalban repülnek, megmutatják, hol kerültek kölcsönhatásba a felülettel. Ez nagyobb bepillantást ad a kapillárisfalak feltöltıdésének folyamatába, mint csupán az eredeti töltésállapotú ionok tanulmányozása. Részletesen tanulmányoztuk a szögeloszlások dinamikáját mind az eredeti töltésállapotú ionokra és a semleges részecskékre, és az eredményeket más laboratóriumokban mért eredményekkel is összehasonlítottuk. Oszcillációkat figyeltünk meg a kilépı ionok irányszerinti eloszlásában, ami a kapillárisok ellentétes oldalain kialakuló feltöltött szigeteknek köszönhetı. A semleges részecskéknél is tapasztaltunk oszcillációkat, de kisebbet és fázisban eltérıt. Ezekbıl a megfigyelésekbıl következtetni tudtunk a semlegesítıdés módjára. Több anyagot vizsgáltunk meg a kutatás során, melyek estenként nagyon eltérıen viselkedtek. Ez jelzi, hogy egy nagyon összetett jelenségrıl van szó, amelynek teljes megértéséhez szisztematikus kísérleti munka kell. 24

Energetic H - emission in collisions of H-bearing molecules and molecular ions Emission of negatively charged particles has been investigated in collisions of 7-keV OH + ions with Ar atoms and acetone molecules. In addition to electron emission, the formation of H anions was observed in both collision systems. According to a kinematic analysis, these hydride anions were produced in close atom-atom collisions. The results obtained with Ar provide the demonstration that a negative hydrogen ion can be emitted with large kinetic energy when a positive H-bearing molecular ion suffers a binary collision with a single atomic center. In the case when the hydroxyl cation collides with an acetone molecule, beside this process, emission of H ions was observed in a wide range of velocities, by detachment of H-centers from the target. The presently observed routes for formation of H are of potential interest for a detailed description of the collision events in the interstellar medium and planetary atmospheres. A non negligible H production in biological tissues could be relevant for ion therapy and for radiolysis in general. 25

VOLUME 86, NUMBER 4 P H Y S I C A L R E V I E W L E T T E R S 22 JANUARY 2001 Low-Energy State-Selective Charge Transfer by Multiply Charged Ions G. Lubinski, Z. Juhász, R. Morgenstern, and R. Hoekstra KVI Atomic Physics, Rijksuniversiteit Groningen, Zernikelaan 25, NL-9747 AA Groningen, The Netherlands (Received 6 July 2000) We present a combined rf-guided ion beam and photon emission spectroscopy method, which facilitates state-selective charge-transfer measurements at energies of direct relevance for astrophysics and fusion-plasma diagnostics and modeling. Ion energies have been varied from 1000 ev amu down to energies as low as 5 ev amu. Absolute state-selective cross sections have been obtained for He 21 and N 51 ions colliding on molecular hydrogen. Orders of magnitude differences are found between theory and the present results. This indicates clearly that such data are valuable as benchmarks for the necessary advancement of theoretical descriptions. DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.616 PACS numbers: 34.70. +e Charge transfer dynamics at low energies is not only interesting from a fundamental atomic physics point of view, but, in practice, it is highly relevant for the charge state balance and light emission of plasmas. A prominent photon source is electron capture by multiply charged ions A q1 from neutrals B, because mainly excited states A q21 1 nl are populated (the electron is captured nearly resonantly), which subsequently decay through photon emission. This sequence of processes is given by A q1 1 B! A q21 1 nl 1 B 1 and A q21 1 nl! A q21 1 n 0 l 0 1 hn. From this it is clear that the photon emission spectrum can be regarded as a fingerprint of the nl-stateselective electron capture processes. Often temperatures in astrophysical and fusion (divertor) plasmas are in such a range that the interactions proceed with kinetic energies in the range of 0.1 to 100 ev amu. In order to use the information contained in the intensity and spectral distribution of the light it is necessary to quantitatively understand the underlying processes [1]. For example, because of its profound impact on the Jovian magnetosphere, the plasma torus of Jupiter at the orbit of its moon Io has been studied extensively by both earth-based visible light spectroscopy and rocket-based (Voyager) vacuum ultraviolet spectroscopy. However, attempts to determine basic Io torus properties from these observations have not yet succeeded due to the deficiencies in the modeling. A major drawback is thought to be the inaccuracy of theoretical cross sections for state selective electron capture by multicharged ions (charge states 2 to 5 [2]). A similar situation is encountered in the description of vacuum ultraviolet (VUV) emission from the tails of earth-passing comets such as Hale-Bopp and Hyakutake [3 5]. The emission results from electron transfer between multicharged solar wind ions (O, He, and Ne) and neutrals in the cometary tails. Accurate knowledge of the underlying processes would not just allow for explaining the observations but might enable the use of the VUV emission as a diagnostics tool for charge state and flux distributions of the solar wind ions. High resolution soft-x-ray and VUV spectra are expected to become routine with the Chandra and XMM (X-ray Multi-Mirror) observatories in operation. When neutral particles are approached by multiply charged ions they become strongly polarized, leading to a mutual attraction which increases with the charge state of the ion. At collision energies above some 10 ev amu this hardly influences the interaction dynamics. At lower energies it has dramatic consequences. It means that the collision trajectories are strongly influenced and that large impact parameters can result in relatively small distances of closest approach. This implies that cross sections for electron transfer strongly increase with decreasing collision energies. In a classical approach the electron capture cross sections increase with the charge state of the ions and inversely proportional to the velocity. Quantum mechanically even more interesting features are predicted to occur which are connected with the so-called orbiting resonances: At specific collision energies charge transfer proceeds via discrete rovibrational states of the transient molecular ion [6]. In general the numerous theoretical predictions of state-selective charge transfer cross sections well below 1000 ev amu could be tested only partly or not at all. Furthermore, different calculations are frequently not in accordance with each other. A typical example is electron capture by O 31 (e.g., [7]) deriving its interest from the use of OIII emission to determine properties such as temperature and density of planetary nebulae and HII regions. We present an experimental method, which facilitates state-selective charge-transfer measurements at energies of direct relevance for astrophysics and fusion-plasma diagnostics and modeling. The method combines the technique of rf ion guiding with crossed-beam photon emission spectroscopy. A schematic layout of the setup is depicted in Fig. 1. Details of the experiment and experimental procedures are presented elsewhere [8]. Briefly, ions extracted at 3.5 kv from the electron cyclotron resonance (ECR) ion source installed at the KVI atomic physics facility are injected via a five-element lens system into a rf 616 0031-9007 01 86(4) 616(4)$15.00 2001 The American Physical Society

VOLUME 86, NUMBER 4 P H Y S I C A L R E V I E W L E T T E R S 22 JANUARY 2001 FIG. 1. Schematic representation of the apparatus of which only six of the eight rf guiding poles are shown. multipole ion guide [9], in our case an eight-pole system. The method of rf multipole ion guiding was pioneered by Teloy and Gerlich [10] for singly charged ions and for the first time applied to multicharged ion beams by Okuno et al. [11]. Our rf octopole is a far more open system to allow for injecting a neutral target beam and observing the photon emission resulting from charge-transfer reactions. Because of possible field penetration, the openness of the system prevented the standard usage of rods as rf poles and special shaped, rigid 10-cm-long poles were designed and made by spark erosion. The energy at which the ions interact with the target is defined by the difference between the source potential and the dc potential at which the octopole is floated (plus an offset due to the plasma potential of the source, 15 V [8]). Down to a beam energy of basically 0, the ion beam can be guided through the system without intensity loss. However, there is a lower limit for performing welldefined experiments which is set by the energy spread of the primary beam. For our ECR ion source typical spreads are of the order of 5 3 q ev [8]. For N 51 ions this translates to an energy spread 1.6 ev amu. This sets the lower limit to 5 ev amu. In combination with a source from which ions are extracted with smaller energy spreads experiments can be performed at lower energies. As such a source, a recoil ion source might be considered which can produce cold ions ( 0.1 ev amu [12]). The photon emission following charge-transfer reactions can be observed by two monochromators on opposite sides of the interaction region. The positioning is similar to the one used previously in our lab (e.g., [13]). The VUV spectrometer, which is used in the present experiments, covers a spectral range from 5 80 nm and is mounted under the double-magic angle to cancel polarization effects. The VUV system is calibrated absolutely on wavelength and sensitivity by cross-reference measurements on systems with well-known cross sections [13]. The spectrometer is equipped with a position-sensitive detector detecting a spectral range of almost 20 nm in one measurement. To show the potential of the method we discuss results which were recently obtained for the He 21 -H 2 and N 51 -H 2 collision systems. Inelastic collisions of He 21 have attracted a lot of attention in connection with the modeling of He ash removal in the divertor region of tokamaks [14]. A particular point of interest is the charge state of the helium. If it is readily neutralized it is no longer magnetically confined and it may diffuse back into the core plasma thereby deteriorating the plasma. Total charge changing cross section measurements [15] showed that while being of the same order of magnitude around 0.5 kev amu, twoelectron capture dominates over the one-electron transfer processes by a factor of 50 around 10 ev amu. Dominance of two-electron capture over one-electron capture is very rare (to our knowledge the only other system is C 41 -He). Although underestimating the total charge changing cross sections by a factor of 2, molecular orbital (MO) calculations in the energy range of 10 1000 ev amu (Shimakura et al. [16]) gave the correct ratios between single- and double-electron transfer. In addition the MO calculations predicted that at energies below 100 ev amu where two-electron capture dominates, single excited He 1s3l states are populates. The strong population of these He 1s3l states has been invoked to explain the anomalously intense HeI 1s3l! 1s2l 0 emission observed when helium plasmas are in contact with cold hydrogen molecules (e.g., [17,18]). Figure 2 shows some representative spectra for He 21 -H 2 collisions at energies in the range of 4000 down to 8 ev amu. Two strong peaks are observed at 60.8 and 58.4 nm. The peaks result, respectively, from the second order of the HeII 2p! 1s transition at 30.4 nm (60.8 nm, labeled as II-a) and the HeI 1s2p! 1s 2 transition (58.4 nm, labeled as I-a). Note that transition II-a originates from one-electron capture while I-a is due to two-electron capture. It is seen that dominance of either of the peaks swaps from peak II-a at high energies to peak I-a at low energies. This seems to confirm that at energies below 100 ev amu two-electron capture dominates over one-electron capture. The HeI 1s2p! 1s 2 line emission cross sections follow the same energy dependence as the total two-electron capture cross sections of Okuno et al. [15] and Shimakura et al. [16] but are smaller by a factor of 10 and 5, respectively. In line with theory this implies that capture into He 1s2p is just a weak two-electron capture channel. However, in contrast to the MO calculations the He 1s3l states are barely populated: there is no appreciable intensity at the position of the HeI 1s3p! 1s 2 transition (53.9 nm); see Fig. 2. It is off note that the HeI 1s3p! 1s 2 is by far the strongest decay channel of the HeI 1s3p state; i.e., it has a branching ratio of 97% [19]. In addition capture into the He 1s3s and He 1s3d states is included in the HeI 1s2p! 1s 2 emission because they decay to the He 1s2p state. From this it is concluded that two-electron capture proceeds mainly into the He 1s 2 ground state or the He 1s2s 1 S metastable state. In our opinion the latter 617

VOLUME 86, NUMBER 4 P H Y S I C A L R E V I E W L E T T E R S 22 JANUARY 2001 example, around 10 ev amu the measured N 41 3s cross sections exceed the theoretical ones by almost 4 orders of magnitude. Instead of a virtually closed channel, the N 41 3s state turns out to be the main charge transfer channel. For the N 41 3p and N 41 3d states the deviations are smaller. However, they are much larger than one would expect, for in the 0.5 20 kev amu energy range one finds good agreement between experiments and all kinds of theories (e.g., [20]). To get at least an intuitive idea about the possible reasons for the discrepancies we will discuss the primary FIG. 2. VUV spectra from He 21 -H 2 collisions at energies ranging from 4000 ev amu down to 8 ev amu. Indicated are the following peak positions: II-a: second order of the HeII 2p! 1s transition at 30.4 nm; II-b: second order of the HeII 3p! 1s transition at 25.6 nm; I-a: HeI 1s2p! 1s 2 transition at 58.4 nm; I-b: HeI 1s3p! 1s 2 transition at 53.9 nm. state seems the most likely, since the total amount of energy needed to remove the electrons from H 2 molecules is 50.8 ev (assuming Franck Condon-type transitions). This should be compared with the binding energies of the He 1s 2 and He 1s2s 1 S states which are 79 and 58.4 ev, respectively. In addition from the potential-energy curves of the He 21 -H 2 system it is seen that the He 1s 2 state can be populated only at small impact parameters [16]; therefore a large cross section is unlikely. Next to hydrogenlike ions He-like ions are the most commonly used highly charged ions in theoretical collision studies (e.g., [20]). To show the value of the method to produce benchmark data for such collision systems, results for N 51 -H 2 are presented in Fig. 3. The cross sections for the N 41 3l states, which are the dominantly populated states [21] are determined from the following emission lines: 3p! 2s at 20.9 nm, 3d! 2p at 24.8 nm, and 3s! 2p at 26.6 nm. All three transitions have branching ratios of 100%. It can be seen that at the higher energies 1 kev amu there is good agreement with theory, but for lower energies theory and experiment start to diverge, leading to unexpectedly large discrepancies. For FIG. 3. Comparison of the present absolute state selective and total cross sections for N 51 -H 2 collisions and other results (±: Dijkkamp et al. [21]; : Kumar and Saha [22];? : Gargaud and McCarroll [23]; and : Elizaga et al. [24]). The error bars (where exceeding the size of the dots) represent the statistical uncertainty. The systematic uncertainty of the measurements 20%. 618

VOLUME 86, NUMBER 4 P H Y S I C A L R E V I E W L E T T E R S 22 JANUARY 2001 collision process in terms of the extended over-the-barrier model [25]. In the framework of this model it is assumed that on the ingoing way of the collision the H 2 electrons subsequently transit the potential-energy barrier between the molecule and the N 51 ion. It is calculated that the leastand most-bound electron can transit the barrier at internuclear distances of 9.3 and 6.6 a.u., respectively. After the transitions the electrons occupy transient NH 2 51 molecular states within the joint potential-energy well of the collision partners. For impact parameters 6.6 # b # 9.3 only one electron becomes molecular, while for b, 6.6 both electrons are active. The corresponding geometrical cross sections are, by coincidence, of similar magnitude, i.e., 4 3 10 215 cm 2. On the way out of the collision the electrons, which became molecular, are redistributed over the projectile and target. The electrons will populate states around the resonant transition energies. For oneelectron processes 6.6 # b # 9.3 the resonant energy lies in the gap between the N 41 n 4 and N 41 n 3 levels. Since the population distributions, the so-called reaction windows [25], become narrower with decreasing collision energy it is to be expected that the cross sections get smaller at lower energies as seen from Fig. 3. For the two-electron processes b, 6.6 it is found that the strongest bound electron can near-resonantly populate the N 41 3s state while recapture of the loosely bound electron by the hydrogen target is resonant with the ground state of the H 1 2 molecule. In this way two-electron processes lead to one-electron capture. Only a small fraction (5% 10%) of the geometrical cross section for two-electron processes suffices to explain the measured one-electron capture cross sections. Therefore, we propose that the differences between theory and experiment (cf. Fig. 3) are due to two-electron processes, implying that models should include these processes in the calculation of one-electron capture cross sections. In conclusion we developed a combined rf-guided ion beam and photon emission spectroscopy method to measure state-selective charge-transfer cross sections at energies of direct relevance for astrophysics and fusion-plasma diagnostics and modeling. As examples the systems of He 21 and N 51 ions colliding on H 2 have been discussed. The ion energy has been varied down to energies as low as 5 ev amu. In combination with a recoil ion source, the energies might be lowered much further to approximately 0.1 ev amu. Unexpected large differences (orders of magnitude) with theory have been observed implying that the present and future measurements are valuable as benchmarks for improving theoretical descriptions. We gratefully acknowledge the support of the KVI technical staff and thank B. C. Saha and L. Mendez for supplying us with their data in tabular form. This work is part of the research program of the Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) within the framework of FOM-EURATOM Association agreement. [1] M. G. O Mullane, M. Mattioli, R. Gianella, and N. J. Peacock, Plasma Phys. Controlled Fusion 41, 105 (1999). [2] D. E. Shemansky, Atomic Processes in Plasmas, edited by Yong Kikim and Raymond C. Elton, AIP Conf. Proc. No. 206 (AIP, New York, 1990), p. 37. [3] C. M. Lisse et al., Science 274, 205 (1996). [4] R. M. Häberli, T. I. Gombosi, D. L. De Zeeuw, M. R. Combi, and K. G. Powell, Science 276, 939 (1997). [5] V. A. Krasnapolsky et al., Science 277, 1488 (1997). [6] N. Shimakura and M. Kimura, Phys. Rev. A 44, 1659 (1991). [7] M. Gargaud and R. McCarroll, J. Phys. (Paris) Colloq. 50, C1-127 (1989); Astron. Astrophys. 208, 251 (1989). [8] G. Lubinski, Z. Juhász, R. Morgenstern, and R. Hoekstra, J. Phys. B (to be published). [9] D. Gerlich, Adv. Chem. Phys. LXXXII, 1 (1992). [10] E. Teloy and D. Gerlich, Chem. Phys. 4, 417 (1974). [11] K. Okuno, K. Soejima, and Y. Kaneko, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 53, 387 (1991). [12] C. L. Cocke and R. E. Olson, Phys. Rep. 205, 155 (1991). [13] R. Hoekstra, F. J. de Heer, and R. Morgenstern, J. Phys. B 24, 4025 (1991). [14] R. K. Janev, Comments At. Mol. Phys. 26, 83 (1991). [15] K. Okuno, K. Soejima, and Y. Kaneko, J. Phys. B 25, L105 (1992). [16] N. Shimakura, M. Kimura, and N. F. Lane, Phys. Rev. A 47, 709 (1993). [17] K. Sato et al., J. Phys. B 27, L651 (1994). [18] S. Namba et al., J. Nucl. Mater. 266 269, 1157 (1999). [19] W. L. Wiese, M. W. Smith, and B. M. Glennon, Atomic Transition Probabilities (NSRDS-NBS 4) (NIST, Washington, DC, 1960). [20] W. Fritsch and C. D. Lin, Phys. Rep. 202, 1 (1991). [21] D. Dijkkamp, D. Ćirić, E. Vlieg, A. de Boer, and F. J. de Heer, J. Phys. B 18, 4763 (1985). [22] A. Kumar and B. Saha, Phys. Rev. A 59, 1273 (1999). [23] M. Gargaud and R. McCarroll, J. Phys. B 18, 463 (1985). [24] D. Elizaga, L. F. Errea, A. Macías, L. Méndez, A. Riera, and A. Rojas, Phys. Scr. T80, 187 (1999). [25] A. Niehaus, J. Phys. B 19, 2925 (1986). 619

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 267 (2009) 326 329 Contents lists available at ScienceDirect Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B journal homepage: www.elsevier.com/locate/nimb Anisotropic ion emission in the fragmentation of small molecules by highly charged ion impact Z. Juhász a, *, B. Sulik a, F. Frémont b, A. Hajaji b, J.-Y. Chesnel b a Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of sciences (ATOMKI), Bem tér, 18/c, H-4026 Debrecen, Hungary b Centre de Recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP) Unité Mixte CEA-CNRS-EnsiCaen-Université de Caen Basse-Normandie UMR 6252, 6 Boulevard Maréchal Juin, F-14050 CAEN cedex 04, France article info abstract Available online 3 November 2008 PACS: 34.70.+e 82.30.Lp 34.50.Gb 82.30.Fi 95.30. k Keywords: Ion molecule collisions Fragmentation Multiple electron capture In this work, we present double differential ion emission yields measured by the method of fragment ion spectroscopy for collisions of N 6+ and O 7+ ions with water and methane molecules at 30 kev impact energies. The angular distribution of the fragment ions shows expected post-collision and nucleus nucleus binary collision effects with the indication of an interplay between Coulomb explosion and binary collision mechanisms. We have found significant differences in the fragmentation patterns of methane for the two projectiles, which may be a signature of strong, resonant capture channels. For triple capture, an unexpected angular distribution has been found for water, which may be attributed to orientation sensitivity of some of the capture channels. Such processes can be highly important for radiation therapy and astrophysics. Ó 2008 Elsevier B.V. All rights reserved. 1. Introduction Fragmentation of small molecules by highly charged ions is an essential process, which takes place in heavy ion therapy and in astrophysical environments. Water molecules are the main constituent of biological tissues and they are prominently present in the atmosphere of comets, moons and planets. Irradiation of biological tissues by highly charged ions, such as C 6+ used in radiation therapy, strongly ionizes the water molecules, which may subsequently dissociate creating reactive radicals and ionized molecule fragments. These reactive products are the cause to a large extent for DNA damage and cell death. Therefore, it is of major interest to explore fragmentation mechanisms in ion molecule collisions. In this paper, experimental fragment ion spectroscopy data are presented for ion molecule collisions, where N 6+ and O 7+ ions were used as projectiles and H 2 O and CH 4 molecules as targets. The selected ions are prominent constituents of solar wind minority ions. Methane, beside water, is a very abundant gas in the atmospheres of comets, giant planets and some of their moons. The present collision energies were about 2 kev/amu, which correspond to 630 km/s, a typical velocity for solar wind. At such energies electron capture by the projectile is the dominant process, while direct * Corresponding author. E-mail address: zjuhasz@atomki.hu (Z. Juhász). ionization is less likely. The captured electrons occupy mostly the highly excited states on the projectile and this leads to characteristic X-ray emission as result of radiative de-excitation. It is widely accepted now, that charge-exchange between solar wind minority ions and cometary molecules is the explanation for the strong X- ray emission of comets, which was discovered recently [1]. Since the electron capture processes may lead to the fragmentation of the remaining ionized molecules as well, the solar wind may have significant effects on the chemical processes of the atmospheres of non-magnetized planets and moons such as hydrocarbon formation on Titan [2,3]. The water loss from early Venus s atmosphere was explained by the intense solar wind emission of the young sun [4]. The present investigation is focused on the angular distribution of the fragment ions created in the Coulomb explosion of the ionized molecules following the charge exchange processes. In the Coulomb explosion model, the observable fragment energies are basically determined by the charges of the fragments and their effective distances in the neutral molecule. In the investigated low energy range, anisotropies are expected mostly due to post collision effects and binary processes of direct nucleus nucleus interactions [5,6]. Recently, molecular orientation effects were considered as the source for the observed anisotropies in fragmentation of water molecules by highly charged ions [7]. The present study clearly shows that anisotropies due to post collision and binary encounter effects are generally present in the fragment ion 0168-583X/$ - see front matter Ó 2008 Elsevier B.V. All rights reserved. doi:10.1016/j.nimb.2008.10.073