Диссертация (1145374), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Трансформаторная станцияинститута (1) питает низковольтный (LV) и высоковольтный (HV)трансформаторы StaReP (2), а также преобразователи переменного напряженияв постоянное. Постоянные напряжения с LV и HV трансформаторов питают,соответственно, модуль эталона напряжения (3) и каждый канал источникаStaReP (4). Система управления StaReP (5) базируется на программном пакетеLabViewTM.Модуль эталона напряжения VRE102A помещается в медную коробку,окружённую 10 миллиметровым слоем пенопласта для защиты эталона отфлуктуаций температуры воздуха в лаборатории. Эталон питает DAC модулиочень стабильным напряжением, равным +10 В. Относительная стабильностьданного эталона, определяющая стабильность выходного напряжения StaReP,находится на уровне 2·10-8 на временном отрезке порядка нескольких минут.212Рис. 7.24: Фотография источника StaReP.Каждый канал StaReP располагает набором слабошумящих регуляторовнапряжения,однимусилителем(рисунокконтроллером,7.25).DACDACмодулеммодульисостоитвысоковольтнымизподмодулей,обеспечивающих, соответственно, режим высокой стабильности и режимлинейного изменения выходного напряжения.
Выходное напряжение DACмодуля может варьироваться от 0 до +10 В. Высоковольтный усилитель скоэффициентом усиления 10 конвертирует данный диапазон выходногонапряжения DAC модуля в диапазон выходного напряжения источника от 0 до 100 В. Шаг изменения выходного напряжения зависит от разрешения DACмодулей и не превышает требуемых 1.5 µВ.213Рис. 7.25: Фотография печатной платы канала источника StaReP. (1)Контроллер управления каналом, (2) DAC модули, (3) высоковольтныйусилитель, (4) оптопары, обеспечивающие развязку цифрового и аналоговогомодулей.
DAC модули и высоковольтный усилитель помещаются в меднуюкоробку (оранжевая пунктирная линия).Лабораторное тестирование источника StaRePБыло проведено несколько тестов работоспособности источника StaReP. Вкачестве тестовых приборов выступали ловушки Пеннинга установки THe-Trap[56] и эксперимента по определению гиромагнитного отношения электрона вуниверситете Майца (Mainz) [219]. Источник использовался для созданияпотенциала ловушек на установках. Измерялась аксиальная частота двух типовионов 12C4+ и 40Ca17+ как функция времени. По результатам данного измеренияопределялась дисперсия Аллана (Allan deviation) [220] аксиальной частотыв зависимости от времени измерения. Дисперсия Аллана является показателемотносительной стабильности аксиальной частоты на временном интервале еёизмерения. Так как аксиальная частота является однозначной функциейприложенного к ловушке напряжения, то дисперсия Аллана является такжепоказателем относительной стабильности потенциала ловушки на временноминтервале измерения аксиальной частоты.
Возможность использования длятестов двух установок позволило протестировать стабильность источникаStaReP для двух более-менее крайних значений выходного напряжения: -89 В(рисунок 7.26(а)) и -7.5 В (рисунок 7.26(б)).214Рис. 7.26: Дисперсия Аллана для напряжения источника StaReP как функциявремениизмерения,характеризующаяотносительнуюстабильностьнапряжения на временном интервале измерения.
(Левый график) Измерениепроводилось на установке THe-Trap [56] при напряжении порядка -89 В.(Правый график) Измерение проводилось на установке по определениюгиромагнитного отношения электрона [219] при напряжении порядка -7.5 В.Для сравнения приводится аналогичное измерение с источником UM-14 фирмыStahl Electronics. Хотя источник UM-14 обладает лучшей стабильностью, егомаксимальное выходное напряжение не превышает -14 В.Максимальная стабильность достигается в том случае, если время измерениясоставляет порядка 10 минут. Требуемая стабильность 4·10-8 на временномотрезке 10 минут достигается практически для всего диапазона напряжений.Принапряженияхпорядканесколькихдесятковвольтотносительнаястабильность значительно превосходит требуемую.7.11 Запуск установки PENTATRAP.Под запуском установки PENTATRAP понимается тестирование полногоцикла работы установки от создания высокозарядных ионов до захвата данных215ионов центральной ловушкой, их удержания в течение как минимумнескольких десятков минут и измерения их аксиальной частоты.
Более того,важно показать возможность захвата ловушкой только единичных ионовопределённого нуклида с заданным отношением массы к заряду. Данные шагибыли успешно выполнены. Таким образом, можно констатировать успешныйзапуск установки PENTATRAP.Нарисунке7.27приводитсяблок-схема,иллюстрирующаяпоследовательность шагов при запуске установки PENTATRAP.Рис. 7.27: Блок-схема, иллюстрирующая последовательность шагов при запускеустановки PENTATRAP. Шаг (1) – создание в достаточном количествевысокозарядных ионов различных нуклидов, покрывающих большой массовыйдиапазон. Шаг (2) – проводка высокоэнергетичных ионов до масс-спектрометра(начало ионопровода 2) с понижением их кинетической энергии с 5 кэВ/q допримерно 200 эВ/q.
. Шаг (3) – проводка низкоэнергетичных ионов до ловушкис дальнейшим понижением их кинетической энергии до примерно 1 эВ/q. Шаг(4) – захват ионов ловушкой и измерение их аксиальной частоты.Шаг 1:Для всестороннего тестирования установки PENTATRAP, в особенностиработоспособности её ловушек, необходимо иметь в наличии ионы широкогоспектра масс и зарядовых состояний. Основным поставщиком высокозарядныхионов на установке PENTATRAP является ионный источник Dresden EBIT-W.На данный момент он может создавать ионы почти всех летучих соединений.Во время тестирования источника Dresden EBIT-W были успешно полученывысокозарядные ионы тяжёлых нуклидовRe и187Os (см.
рисунок 7.5) до187216зарядового состояния 52+ в достаточных количествах, как минимум несколькихдесятков ионов в секунду. Также были получены высокозарядные ионыстабильныхизотопов ксенона, криптонаи аргона. ЗапускустановкиPENTATRAP проводился с лёгкими ионами Ar8+.
Выбор ионов этого элементаобуславливался следующими причинами. Во-первых, практически все будущиеизмерения будут проводиться с ионами, отношение массы к заряду которыхлежит в диапазоне 4-5. Детектирующая система и источник напряжения длясоздания потенциала ловушек обладают оптимальными характеристикамиименно для данных отношений массы к заряду. Во-вторых, для запускаустановки желательно иметь ионы в низких зарядовых состояниях, для которыхвремя удержания в ловушке составляет как минимум десятки минут даже приотносительно плохом вакууме в области ловушек. В-третьих, желательно,чтобы используемый элемент имел один стабильный изотоп.
В противномслучае в ловушку могут быть захвачены разные изотопы одного элемента вразличных зарядовых состояниях, но с примерно равными отношениями массык заряду, что может осложнить оптимизацию параметров ловушек. Всем этимкритериям удовлетворяют ионы Ar8+.
Ионы аргона на выходе Dresden EBIT-Wобладаютопределённымраспределениемпозарядовымсостояниям.Встроенный в ионный источник Фильтр Вина позволяет выделять длядальнейшей транспортировки к ловушкам ионы с определённым отношениеммассы к заряду (рисунок 7.28). Наряду с ионами аргона также создавалисьвысокозарядные ионы нуклидов, присутствующих в остаточном газе в ионномисточнике.Шаг 2:Ионы Ar8+ на выходе ионного источника обладают достаточно высокойкинетической энергией порядка 5 кэВ/q, что обеспечивает их эффективнуютранспортировку к масс-спектрометру на расстояние, равное нескольким217метрам. Данная транспортировка ионов выполняется в ионопроводе 1 спомощью набора электростатических единичных линз, позволяющих какфокусировать ионы на вход в масс-спектрометр (начало ионопровода 2 нарисунке 7.27), так и отклонять их в заданном направлении.Рис.
7.28: Спектр из фильтра Вина ионов аргона, извлечённых из Dresden EBITW с кинетической энергией 4.9 кэВ/q. Для измерения использовался МКПдетектор диагностической станции, расположенной на выходе ионопровода 1(см. рисунок 7.27).Так как в ловушку можно захватить только ионы с кинетической энергиейпорядка 1 эВ/q, то перед захватом в ловушку кинетическая энергия ионовдолжна быть уменьшена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
