Hochauflösende Resonanzionisationsspektroskopie an Samarium und Gadolinium

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die mehrstufige Resonanzionisation zur Spektroskopie im Gadolinium und Samarium eingesetzt und am Gadolinium für analytische Untersuchungen weiterentwickelt. Der Einsatzbereich der RIMS mit kontinuierlichen und gepulsten Lasern an komplexen Atomen wurde damit deutlich erweitert. Samarium und Gadolinium gehören zur Gruppe der Lanthanide, aufgrund der komplizierten Elektronenkonfigurationen zeichnen sie sich durch ein interessantes atomares Spektrum aus. Im Samarium wurde der erste von maximal drei resonanten Übergängen bezüglich Isotopieverschiebung und Hyperfein-strukturaufspaltung untersucht, knapp unterhalb des ersten Ionisationslimits nach möglichst ungestörten Rydbergserien gesucht und aus der Konvergenz dieser Serien das Ionisationspotenzial für 154Sm isotopenselektiv zu IP = 45519.30793(43) cm-1 bestimmt. Samarium und Gadolinium besitzen eine komplexe Kontinuumsstruktur, die sich durch schmale und starke autoionisierende Resonanzen auszeichnet. Daten früherer Untersuchungen zur Gadoliniumkontinuumsstruktur wurden in dieser Arbeit systematisch ausgewertet und durch eigene Messungen ergänzt. Zur theoretischen Beschreibung der Linienprofile interferierender autoionisierender Zustände wurde neben Fanoprofilen auch auf einen Ansatz aus der Kernphysik zurückgegriffen, den K-Matrix-Formalismus, und ein entsprechendes Simulationsprogramm eingesetzt. Anwendung auf ausgewählte spektrale Bereiche im Samarium und Gadolinium zeigt gute Reproduktion der Linienformen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde darüber hinaus die Einsetzbarkeit von gepulsten Lasern für die Spurenanalyse untersucht und die Erreichbarkeit der notwendigen Spezifikationen für medizinische Fragestellungen demonstriert.Within this work spectroscopic studies of Gadolinium and Samarium by multi-step resonance ionization were carried out, significantly extending the application of RIMS in complex atomic systems. In Samarium isotope shift and hyperfine structure of the first resonant transition were investigated and in addition, long, undisturbed Rydberg series just below the first ionization limit were measured for the first time. For the strongest one the limit of convergence was determined and an isotope specific ionization energy of IP = 45519.30793(43) cm-1 for 154Sm was derived. Due to their atomic properties Gadolinium and Samarium have a quite complex structure in the continuum characterised by very strong and narrow resonances. A systematic analysis of this structure based on existing as well as new data was part of this work. For a theoretical description of interfering autoionising states the applicability of the K-matrix-formalism, originally outlined for nuclear physics, was successfully demonstrated for different selected regions of both the Gadolinium and the Samarium autoionizing spectra. As a development step towards analytical RIMS application for bio-medical problems it was demonstrated in Gadolinium that necessary specifications can be fulfilled using pulsed lasers. This will significantly simplify further investigations in this field