Диссертация (1145374), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Уменьшение энергии ионов проводится в два этапа.Сначалаэнергияионовспомощьюпульсирующегоэлектрода1,расположенного в конце ионопровода 1, уменьшается с 4.9 кэВ/q до 200 эВ/q.МКП-детектор с фосфорным экраном и стакан Фарадея 1 служат для контроляположения и размера пакета ионов (рисунок 7.29). Для беспрепятственногопролёта по ионопроводу 2 к ловушкам ионам достаточно обладать энергиейпорядка 200 эВ/q. Ионопровод 2 является обычной областью дрейфа,находящейся в сильном магнитном поле, которое удерживает ионы врадиальном направлении.
Наиболее сложным моментом при проводке ионовявляется их эффективный ввод в ионопровод 2 из-за наличия так называемого218эффекта магнитного зеркала. Чтобы ионы проникли в ионопровод 2, онидолжны влетать в него почти параллельно и довольно близко (парамиллиметров) к оси симметрии ионопровода 2. В данном месте происходятосновные потери ионов при их проводке от ионного источника до ловушек.Рис.
7.29: Изображение пакета незамедленных (а) и замедленных (б) ионов Ar8+на фосфорном экране МКП детектора, расположенного после пульсирующегоэлектрода 1. Хорошо видно, что при замедлении ионов происходитзначительное уширение пакета.Шаги 3 и 4:На выходе ионопровода 2 перед входом в область ловушек располагаетсяпульсирующий электрод 2, с помощью которого происходит уменьшениеэнергии ионов с 200 эВ/q до 1 эВ/q с последующим их захватом в одной изловушек установки PENTATRAP.
При запуске установки использоваласьтолькоодна,центральная,ловушка.Длямониторингаэффективноститранспортировки ионов по ионопроводу 2 за ловушкой установлен стаканФарадея 2. С помощью этого стакана также измерялось время пролёта ионовмежду ионным источником и ловушкой и временная ширина ионного пакета(рисунок 7.30). Знание данных параметров важно для корректной работыпульсирующего электрода 2 и захвата ионов в ловушку.
Полная эффективностьпроводки ионов до ловушки равна примерно 10 процентам.219Рис. 7.30: Времяпролётный сигнал, наведённый в стакане Фарадея 2 ионамиAr8+, замедленными до кинетической энергии 200 эВ/q. Данный сигнал являетсясуммарным сигналом 512 ионных пакетов, содержащих каждый несколькодесятков ионов. Время пролёта ионов между ионным источником и ловушкойравно примерно 41 µс, ширина ионного пакета равна примерно 3 µс.После захвата пакета ионов в ловушку проводился анализ содержимогоданного пакета посредством анализа так называемого спектра масс ионов. Сутьданного анализа заключается в следующем. Сразу после захвата в ловушкуионы имеют довольно большие амплитуды их аксиальных движений.
Благодаряэтому при совпадении их аксиальной частоты с резонансной частотойаксиального резонатора в нём возникает наведённый электрический ток,регистрируемый с помощью FFT анализатора. Если равномерно изменятьпотенциал ловушки, то аксиальные частоты ионов с различными отношениямимассы к заряду будут последовательно совпадать с резонансной частотойрезонатора. Таким образом, получаем зависимость силы тока в резонаторе какфункцию потенциала ловушки или, другими словами, как функцию отношениямассы к заряду ионов. Сила тока в резонаторе является функцией амплитудыаксиального движения ионов, их зарядового состояния и количества. На220рисунке 7.31 приводится подобный спектр масс для ионов аргона привыключенном фильтре Вина.Рис.
7.31: Спектр масс ионов аргона при выключенном фильтре Вина.Присутствие пика гелия является индикатором относительно плохого вакуума вловушке. Довольно широкие пики говорят о сильной зависимости аксиальнойчастоты ионов от их аксиальной амплитуды и, следовательно, онегармоничности потенциала ловушки.Полученный спектр масс содержит очень важную информацию о состоянииловушки.Во-первых,присутствиепикагелияявляетсяиндикаторомотносительно плохого вакуума в ловушке по причине наличия протечки.
Вовторых, довольно широкие пики говорят о сильной зависимости аксиальнойчастотыионовнегармоничностиотихаксиальнойпотенциалаловушки.амплитудыПослеи,следовательно,устраненияпротечкиоиотносительной гармонизации потенциала пик ионов гелия исчез и пики ионоваргона стали уже (рисунок 7.32). Спектр масс позволяет определить примерноечисло ионов в ловушке, а также время жизни определённого зарядовогосостояния.
Ион меняет своё зарядовое состояние в процессе электронногообмена с атомами остаточного газа. Данный процесс наблюдается в спектремасс как скачкообразное уменьшение амплитуды пика, соответствующего221одному зарядовому состоянию, с появлением пика, соответствующегозарядовому состоянию на единицу меньше. Если пик скачкообразно пропадаети рядом появляется другой пик, то это индикатор наличия в ловушке толькоодного иона. После соответствующей оптимизации процедуры загрузкиловушки ионами удалость добиться захвата ловушкой одного единственногоиона Ar8+. После примерно получаса нахождения иона в ловушке пик в спектремасс, соответствующий зарядовому состоянию 8+, пропадал, и появлялся пик,соответствующий зарядовому состоянию 7+.Таким образом, время жизниионов аргона в зарядовом состоянии 8+ составляло примерно полчаса.Рис.
7.32: Спектр масс одного единственного иона аргона при включенномфильтре Вина, настроенном на ионы Ar8+.Завершающим шагом явилось измерение аксиальной частоты ионов Ar8+посредством так называемого параметрического возбуждения аксиальногодвижения иона. Суть данной методики заключается в следующем. Аксиальноедвижение иона возбуждается до довольно большой амплитуды, что приводит квозникновению сигнала на аксиальной частоте в аксиальном резонаторе. Чтобыдобиться для данного сигнала максимального отношения сигнала к шуму,аксиальную частоту ионов подстраивают под резонансную частоту резонатора.222Если возбужнение ионов происходит коротким рч-импульсом, то послеокончания возбуждения аксиальное движение быстро охлаждается, т.е.
егоамплитуда снова уменьшается. Поэтому для поддержки большой аксиальнойамплитуды возбуждение происходит постоянно на частоте, соответствующейдвойной частоте аксиального движения ионов. Постоянное возбуждение нааксиальной частоте приводит к возникновению в резонаторе наведённогосигнала, маскирующего ионный сигнал. Частотный спектр параметрическивозбуждённого аксиального движения иона Ar8+ приводится на рисунке 7.14.Таким образом, под руководством и непосредственном участии авторадиссертации в институте ядерной физики имени Макса Планка была созданауникальная установка PENTATRAP на основе ловушек Пеннинга дляизмерения отношения масс высокозарядных нуклидов в широком диапазонемассовых значений с относительной точностью 10-11.
Установка была успешнозапущена. В процессе запуска было отработано создание высокозарядныхионов стабильных нуклидов в широком диапазоне масс, их транспортировка поионопроводу к масс-спектрометру и захват центральной ловушкой. Былаэкспериментально продемонстрирована на примере ионов Ar8+ возможностьзахвата ловушкой одного единственного иона и измерения частоты егоаксиального движения.Следующей задачей является отработка процесса охлаждения всех трёхловушечных движений с последующей гармонизацией потенциала ловушки.Это позволит провести измерение частот всех трёх ловушечных движений и,следовательно, свободной циклотронной частоты иона. Завершающим шагомявляется оптимизация захвата ионов несколькими ловушками с последующимизмерением их ловушечных частот.ЗаключениеВ заключение приводятся основные результаты, полученные в диссертации.2231.
Созданы элементы установки SHIPTRAP для проведения on-lineэкспериментов по измерению масс трансурановых нуклидов, полученныхв ядерных реакциях слияния-испарения.Наэтойустановкевысокопрецизионныевпервыеизмерениявмиремасспроведенытрансурановыхпрямыенуклидовспомощью ловушки Пеннинга. Измерены массы сверхтяжёлых нуклидовнобелия и лоуренция, имеющих наименьшие сечения образования, когдалибо исследованные с помощью ловушек Пеннинга.
Практическаяценность данных измерений заключается в демонстрации возможностипроведения подобного рода прямых высокопрецизионных измерениймасстрансурановыхнуклидовссечениямиобразования,непревышающими нескольких десятков нбарн. По результатам данныхэкспериментов было сделано заключение о возможности проведения наустановке SHIPTRAP прямых измерений нуклидов с протоннымичислами, достигающими Z=110. Построен участок ландшафта масссверхтяжёлых элементов.2. Впервые была реализована комплексная программа по поиску резонансноусиленного процесса безнейтринного двойного электронного захватапосредствомпрямогопрецизионногоизмеренияразностимассматеринского и дочернего нуклидов большого числа 0ν2EC переходов.Практическая ценность данных измерений заключается в нахождениидвух резонансно усиленных 0ν2EC переходов.
Для одного из них, аименно для 0ν2EC в156Dy, была открыта возможность существованияфеномена мультирезонансного усиления. В данном нуклиде резонансноусиленный безнейтринный двойной электронный захват может идти начетыре ядерных возбуждённых состояния.2243. Предложена,разработанаивнедренанаустановкеSHIPTRAPсовершенно новая методика определения масс нуклидов, получившая внаучной англоязычной литературе наименование “phase-imaging ioncyclotron-resonance technique” или сокращённо “PI-ICR.” Практическаяценность данной методики заключается в том, что онапозволяетопределять с точностью порядка 10-7 массы короткоживущих нуклидов спериодами полураспада всего несколько миллисекунд, что на данныймомент невозможно достичь ни с одной другой существующейметодикой. Измеренные с помощью данной методики отношения массдолгоживущих пар нуклидовСа/12С 4 ,48Ho/163Dy и163Re/187Os с187относительной точностью, близкой к 10-10, важны для развитияэкспериментов по определению массы нейтрино, а также для тестаквантовой электродинамики в сильных электромагнитных полях.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
