Studium hochkomplexer atomarer Spektren mittels Methoden der Laserresonanzionisation

In dieser Arbeit wurden umfangreiche laserspektroskopische Studien mit dem Zielrneines verbesserten Verständnisses höchst komplexer Spektren der Lanthanide und Aktinide durchgeführt. Einen Schwerpunkt bildete die Bestimmung bisher nicht oder mit unbefriedigender Genauigkeit bekannter erster Ionisationspotentiale für diese Elemente.rnHierzu wurden drei unterschiedliche experimentelle Methoden eingesetzt. Die Bestimmung des Ionisationspotentiales aus Rydbergserien wurde an den Beispielen Eisen, Mangan und Kobalt mit gemessenen Werten von IPFe = 63737, 6 ± 0, 2stat ± 0, 1syst cm−1, IPMn = 59959, 6 ± 0, 4 cm−1 beziehungsweise IPCo = 63564, 77 ± 0, 12 cm−1 zunächst erfolgreich erprobt. Die bestehenden Literaturwerte konnten in diesen Fällen bestätigt werden und bei Eisen und Kobalt die Genauigkeit etwa um einen Faktor drei bzw. acht verbessert werden. Im Falle der Lanthaniden und Aktiniden jedoch ist die Komplexität der Spektren derart hoch, dass Rydbergserien in einer Vielzahl weiterer Zustände beliebiger Konfiguration nicht oder kaum identifiziert werden können.rnUm dennoch das Ionisationspotential bestimmen zu können, wurde die verzögerte, gepulste Feldionisation wie auch das Verfahren der Isolated Core Excitation am Beispiel des Dysprosiums erprobt. Aus den so identifizierten Rydbergserien konnten Werte von IPFeld = 47899 ± 3 cm−1 beziehungsweise IPICE = 47900, 4 ± 1, 4 cm−1 bestimmt werden. Als komplementärer Ansatz, der auf ein möglichst reichhaltiges Spektrum in der Nähe des Ionisationspotentiales angewiesen ist, wurde zusätzlich die Sattelpunktsmethode erfolgreich eingesetzt. Das Ionisationspotential des Dysprosium wurde damit zu IPDy = 47901, 8±0, 3 cm−1 bestimmt, wobei am Samarium, dessen Ionisationspotential aus der Literatur mit höchster Genauigkeit bekannt ist, bestätigt werden konnte, dassrnauftretende systematische Fehler kleiner als 1 cm−1 sind. Das bisher sehr ungenau bekannte Ionisationspotential des Praseodyms wurde schließlich zu IPPr = 44120, 0 ± 0, 6 cm−1 gemessen. Hiermit wird der bisherige Literaturwert bei einer Verbesserung der Genauigkeit um zwei Größenordnungen um etwa 50 cm−1 nach oben korrigiert. Aus der Systematik der Ionisationspotentiale der Lanthaniden konnte schließlich das Ionisationspotential des radioaktiven Promethiums mit IPPm = 44985 ± 140 cm−1 vorhergesagt werden. Abschließend wurde die Laserresonanzionisation des Elements Protactinium demonstriertrnund das Ionisationspotential erstmals experimentell bestimmt. Ein Wert vonrn49000±110 cm−1 konnte aus dem charakteristischen Verhalten verschiedener Anregungsschemata gefolgert werden. Dieser Wert liegt etwa 1500 cm−1 höher als der bisherige Literaturwert, theoretische Vorhersagen weichen ebenfalls stark ab. Beide Abweichungen können über eine Betrachtung der Systematik der Ionisationspotentiale in der Aktinidenreihe hervorragend verstanden werden.This work covers substantial laser spectroscopic studies of the lanthanides and actinides for a better understanding of their highly complex atomic spectra. Main objective was the determination of first ionization potentials which had been determined experimentally either with insufficiently low accuracy or not at all. Different experimental methods were employed. The extraction of the ionization potential from Rydberg series was checked with values of IPFe = 63737, 6±0, 2stat±0, 1syst cm−1, IPMn = 59959, 6±0, 4 cm−1 and IPCo = 63564, 77 ± 0, 12 cm−1 for the elements iron, manganese and cobalt. Existing literature values were confirmed, for iron and cobalt the accuracy was improved by a factor of about three respectively eight. The lanthanides and actinides, however, exhibit highly complex spectra in the vicinity of the ionization potential. As a result, Rydberg series often are not identified properly. The experimental methods of delayed, pulsed field ionization and Isolated Core Excitation rendered possible the distinction of the Rydberg states from other states with similar excitation energy, but arbitrary configuration. From these Rydberg series, values of IPField = 47899 ± 3 cm−1 and IPICE = 47900, 4±1, 4 cm−1 were deduced for dysprosium, in excellent agreement with literature values. In addition, the saddle point model was employed as a complementaryrnmethod, that requires a dense spectrum of states close to the ionization potential. Again, a value of IPDy = 47901, 8 ± 0, 3 cm−1 was measured in good agreement with previous results. A study on samarium, whose ionization potential is known with highest accuracy, confirmed that a possible systematic error is smaller than 1 cm−1. The ionization potential of praseodym was determined to be IPPr = 44120, 0 ± 0, 6 cm−1. Hereby, the literature value is corrected by about 50 cm−1 to higher values while the accuracy was increased by two orders of magnitude. The ionization potential for the radioactive promethium was extrapolated from the systematic trend in the lanthanidernseries to IPPm = 44985 ± 140 cm−1. Finally, laser resonance ionization of the element protactinium and a determination of its ionization potential was demonstrated for the first time. A value of 49000 ± 110 cm−1 was deduced from the characteristic behavior of several excitation schemes. This value is about 1500 cm−1 higher than the previous literature value and also differs from theoretical predictions. It was shown that both discrepancies can be understood from systematic trends in the ionization potentials of the actinides