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In the present work, mass determinations of the eleven neutron-deficient nuclides (99-109)Cd, of ten neutron-rich silver nuclides (112-114,121,123)Ag, and seven neutron-rich cadmium nuclides (114,120,122-124,126,128)Cd are reported. Due to the clean production of the neutron-deficient nuclides it was possible to reduce the experimental uncertainties down to 2 keV, whereas the measurements of neutron-rich nuclides were hampered by the presence of contaminations from more stable In and Cs nuclides. In the case of 99Cd and 123Ag the masses were determined for the first time and for the other nuclides the mass uncertainties could be reduced by up to a factor of 50 as in the case of 100Cd. In the case of a potential isomeric mixture as for (115,117,119)Ag and 123Cd, where no assignment to either the ground state or the excited state was possible, the experimental results were adjusted accordingly. Afterwards all results were included in the framework of the atomic-mass evaluation and thus linked and compared with other experimental data. In the case of the neutron-deficient Cd nuclides a conflict between the mass values obtained in the present work and those published by the JYFLTRAP group could be solved by performing an atomic-mass evaluation. These mass measurements are an important step towards an understanding of the physics of the rp process that will enable a more reliable determination of the composition of the produced material at A = 99. It has been shown that the mass of 99Cd strongly affects the A = 99 production in an X-ray burst model, and that uncertainties have been significantly reduced from more than an order of magnitude to about a factor of 3. The dominant source of uncertainty is now the mass of 100In. In principle, other uncertainties will also contribute. These include those of masses of lighter Cd isotopes, where similar rp-process branchpoints occur and which might affect feeding into the 99Cd branchpoint. In addition, nuclear reaction rate uncertainties will also play a role. However, as reaction rates affect branchings in a linear fashion, while mass differences enter exponentially, mass uncertainties will tend to dominate. Also, which reaction rates are important depends largely on nuclear masses. For example, for low Sp(100In) a (p,γ)-(γ,p) equilibrium will be established between 99Cd and 100In and the 100In(p,γ) reaction rate would affect the A = 99 production, while for larger Sp(100In) the 99Cd(p,γ) reaction rate might be more relevant. Therefore, the mass uncertainties should be addressed first. The presented results are relevant for any rp-process scenario with a reaction flow through the 99Cd region. Here, an X-ray burst model has been used to investigate in detail the impact of the present measurements on such an rp process. The νp process in core collapse supernovae might be another possible scenario for an rp process in the 99Cd region. It it is planed to also explore whether in that case mass uncertainties have a similar impact on the final composition. On the neutron-rich side of the valley of stability for the Cd and Ag chains of nuclides, the r process has not yet been reached. Further technical development on suppression of contaminants are required. This includes improvements on the ISOLDE side, e.g., by improving the selectivity of the transfer line or on the ISOLTRAP setup by implementing an electrostatic ion beam trap for a fast and efficient isobaric selection. Nevertheless the obtained results contribute to the knowledge of nuclear structure. The trends in the two-neutron separation-energy S2n and the interaction between the last neutrons and last protons ΔVpn were corrected to more smooth evolutions, as already seen in other regions of the nuclear chart. The strongest corrections have been observed for even-N nuclides, were more new experimental data are available. Thus, new measurements on odd-N nuclides are suggested. This also is underlined by the trends observed in the Garvey-Kelson relations for the neutron-rich Cd nuclides. Furthermore, it has been shown, that the prominent structure of the ΔVpn for an entire chain of nuclides including inflexion points can be reproduced by using simple relations between quantum numbers of the occupied orbits. This approach connects ten values for each nuclide with only one adjusted parameter. This has been investigated for 63 ΔVpn values of even-even nuclides in the vicinity of Z = 50 and 50 ≤ N ≤ 82. The simple model works remarkably well for the elements Cd, Sn, and Te. Small deviation have been observed for the Xe and Pd nuclides which were explained with the limitations of the model to the vicinity of the close shells, where the nuclides have only few valence protons and neutrons.
In dieser Arbeit wurden Experimente an einem DC-Magnetron-Beschichtungsplasma zur (reaktiven) Abscheidung von Ti, TiNx und TiOx-Schichten durchgeführt. Das Ziel war es, durch Korrelation von Messungen des Ionen- und des Energieeinstroms auf das Substrat während des Beschichtungsvorgangs mit Analysen der abgeschiedenen Schichten Aussagen über die Zusammenhänge von Abscheidebedingungen und Schichteigenschaften zu treffen. Von besonderem Interesse waren hierbei die Unterschiede zwischen den beiden Betriebsmodi des eingesetzten Magnetrons (balanced mode und unbalanced mode), da sich über diesen Parameter der Ioneneinstrom auf das Substrat signifikant beeinflussen lässt, sowie der Einfluss hochenergetischer negativ geladener Ionen, die beim Einsatz von Sauerstoff im Gegensatz zu dem von Stickstoff als Reaktivgas auftreten. Die Maxima der mittels energieaufgelöster Massenspektrometrie gemessenen Energieverteilungen aller Ionenspezies liegen im unbalanced mode im Vergleich zum balanced mode bei um etwa 0,2...1 eV höherer Energie. Der im Wesentlichen von den einfach positiv geladenen Argonionen und bei hohem Reaktivgasfluss den molekularen Reaktivgasionen getragene Gesamtioneneinstrom auf das Substrat ist im unbalanced mode deutlich höher als im balanced mode. Der mit Hilfe einer Thermosonde gemessene Energieeinstrom auf das Substrat steigt linear mit der Entladungsleistung an. Im unbalanced mode ist er, bedingt durch den höheren Gesamtioneneinstrom auf das Substrat und die größere mittlere Energie aller Ionenspezies, um mehr als eine Größenordnung höher als im balanced mode. Eine Abhängigkeit des Energieeinstroms vom Reaktivgasfluss wurde nicht beobachtet. Die röntgenreflektometrisch gemessenen Beschichtungsraten steigen über der Entladungsleistung linear an und sind im unbalanced mode trotz geringerer Sputterraten am Target um ca. 10...20 % höher als im balanced mode. Die Begründung hierfür liefert der im unbalanced mode deutlich höhere Energieeinstrom auf das Substrat. Durch diesen erhöhten Energieeintrag in die aufwachsenden Schichten steht im unbalanced mode mehr Energie für Prozesse an der Oberfläche, wie die Oberflächendiffusion, zur Verfügung. Die somit verbesserte laterale Mobilität der Teilchen an der Oberfläche führt dazu, dass diese besser in die wachsende Kristallstruktur eingebaut werden können. Damit ergibt sich letztendlich im unbalanced mode trotz des geringeren Teilcheneinstroms in allen untersuchten Plasmen eine höhere Abscheiderate von Titan auf dem Substrat. Der Energieeinstrom auf das Substrat ist demnach durch seinen signifikanten Einfluss auf die laterale Mobilität der aufwachsenden Teilchen ein bestimmender Parameter für das Schichtwachstum. Die durch die Beimischung von Reaktivgas zum Plasma auftretende Targetnitrierung bzw. –oxidation verursacht ein deutliches Absinken der Sputterraten am Target und damit der Beschichtungsraten über dem Reaktivgasfluss. Messungen der chemischen Zusammensetzungen der Schichten mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie zeigen, dass die Menge des in die Schichten eingebauten Reaktivgases über dessen Konzentration im Beschichtungsplasma zu kontrollieren ist. Im Argon-Stickstoff-Plasma sind die Werte der aus den röntgenreflektometrisch erhaltenen Dichten bei den im unbalanced mode abgeschiedenen Schichten deutlich höher als bei den im balanced mode abgeschiedenen. Untersuchungen mittels Röntgendiffraktometrie zeigen für diese Schichten auch höhere makroskopische Spannungen. Offenbar führt der größere Energieeinstrom hier zu lokalen Temperaturunterschieden, aus denen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat beim Abkühlen makroskopische Schichtspannungen resultieren. Insgesamt werden im Argon-Stickstoff-Plasma im unbalanced mode des Magnetrons kompaktere Schichten mit weniger Lücken abgeschieden als unter denselben Bedingungen im balanced mode. Im Argon-Sauerstoff-Plasma wird dieser positive Effekt des höheren Energieeintrags in die aufwachsenden Schichten durch den im unbalanced mode deutlich höheren Beschuss des Substrats mit hochenergetischen negativ geladenen Sauerstoffionen mehr als aufgehoben. Dadurch kommt es in diesem Betriebsmodus des Magnetrons zu einer erhöhten Lückenbildung in den aufwachsenden Schichten, die somit geringere makroskopische Spannungen und geringere mittlere Dichten aufweisen als die im balanced mode abgeschiedenen. Die Summe dieser Ergebnisse zeigt, dass die Eigenschaften der im hier untersuchten DC-Magnetronplasma abgeschiedenen Schichten maßgeblich von der Zusammensetzung des Beschichtungsplasmas und insbesondere von der Art und der Energie der auf das Substrat auftreffenden Ionen abhängen.