Диссертация (1149404), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

2.5. Далее будет чуть более детально рассмотрено каждое из действий.Настройка ПЛ для реализации PI-ICR методики заключается в том, чтобы добитьсякак можно лучшего охлаждения интересующих нас ионов при исключении каких-либо приме­сей. На практике это достигается подбором следующих параметров: давление буферного газав ПЛ; амплитуда, частота и длительность РЧ ν− и ν импульсов. В конечном счете, при оп­тимальных настройках на позиционно-чувствительном детекторе можно наблюдать хорошосгруппированное пятнышко без каких-либо следов примесных или неохлажденных ионов.В ПЛ ионы были хорошо центрированы, однако при транспортировке и захвате в ИЛ ио­ны приобретают начальное аксиальное и магнетронное движение. Присутствие аксиальногодвижения связано с тем, что на практике не возможно так идеально подобрать время пролетаиз ПЛ в ИЛ, чтобы после захвата ионы оказались точно в центре ИЛ.

Наличие начально­го магнетронного движения связано с аксиальной несоосностью двух ловушек. Присутствиеэтих двух начальных движений со значительными амплитудами приводит к систематиче­ской ошибке (особенно когда по какой-либо причине амплитуды этих движений разнятсядля дочернего и материнского нуклидов), поэтому эти амплитуды начальных движений в ИЛдолжны быть максимально подавлены. С этой целью подаются дипольные РЧ импульсы насоответствующих частотах ν и ν− . Для эффективного подавления амплитуда, длительностьи начальная фаза этих демпфирующих РЧ импульсов должны быть хорошо подобраны.56Только после того, как ионы снова центрировались, но уже в ИЛ, можно приступатьнепосредственно к измерению ν , как суммы частот ν+ и ν− . Сначала подается дипольныйРЧ импульс на частоте ν+ для возбуждения модифицированного циклотронного движениядо некоторого радиуса .

Затем подается квадрупольный РЧ импульс на частоте ν , кото­рый конвертирует модифицированное циклотронное движение в магнетронное, после чегоионы извлекаются из ловушки и регистрируются с помощью ПЧ-МКП. Суть измерениясостоит в накоплении статистики для так называемой «магнетронной» и «циклотронной»проекций фаз радиальных движений. Магнетронная фаза на детекторе получается, когдаконвертирующий импульс ν подается сразу после возбуждающего импульса ν+ (схема (С1)на Рис. 2.5).

Циклотронная фаза получается, когда существует некоторая временная задерж­ка между этими двумя импульсами, называемая временем набора фазы (ВНФ) (схема (С2)на Рис. 2.5). Чем больше ВНФ, тем точнее в конечном счете можно определить ν , однако напрактике ВНФ ограничено давлением остаточного газа в ИЛ. Взаимодействие ионов с атома­ми остаточного газа приводит к пространственному увеличение размеров ионного облака иуменьшению радиуса их ν+ движения и, как следствие, к размытию проекции циклотроннойпроекции и уменьшению точности измерения (см.

Рис. 2.6). Увеличение радиуса начальногоν+ движения также приводит к эффекту размытия. Таким образом, при данном давленииостаточного газа в ИЛ существует некоторые оптимальное ВНФ для заданного радиуса ν+движения. При измерениях 123 Te, 163 Ho и 187 Re ВНФ было порядка 500 мс, а радиус ν+движения в ловушке порядка 0.5 мм (что соответствует 12 мм на детекторе). Радиус ν+движения выбирается не слишком большим, чтобы не выходить за область гармоническогоэлектрического потенциала, где частота собственного движения в первом приближении независит от его амплитуды.ВНФ задается в терминах количества полных оборотов на истинной циклотронной ча­стоте ν .

Метод PI-ICR, в отличие от ToF-ICR, предполагает, что измеряемая нами частотаν уже известна с некоторой точностью. Точность должна быть такой, чтобы не ошибить­ся в количестве полных оборотов при определении полной фазы движения при заданномВНФ. В итоге, в идеальных условиях, если бы мы в точности угадали частоту ν , то уголмежду магнетронной и циклотронной фазами движения был бы строго равен нулю. Еслиже задаваемая нами частота несколько отличается от истинной циклотронной частоты, томежду двумя фазами радиального движения появляется некоторый угол α . Измерив α ,можно ввести соответствующую поправку на заданную нами пробную частоту, тем самымполучив искомую истинную циклотронную частоту ν движения иона в ловушке Пеннинга.Для минимизации систематической ошибки определения ν , связанной с искажением проек­ции радиального движения при извлечении ионов из ловушки, задаваемая нами частота νподбирается таким образом, чтобы угол α был изначально как можно меньше.

Измерение νсводится к непрерывному измерению магнетронной и циклотронной фаз радиального дви­жения в течение некоторого времени набора статистики. По окончании этого времени (наShiptrap это обычно 5 минут) поворотом столика с образцами в лазерном источнике меня­ется материал мишени, и снова начинается набор статистики, но уже для второго нуклида.57Первоначальная измеряемая величина за каждый 5-ти минутный интервал времени –это угол α = α− − α+ (см. Рис. 2.6). Положение центра вращения (центрального пятна)является очень стабильным, а поэтому его достаточно измерять раз в день.

Погрешностьопределения угла определяется погрешностью определения положения центров каждой изтрех проекций. Наибольшую ошибку вносит положение ν+ -проекции, поскольку она являетсянаиболее размытой из-за рассеяния быстрого циклотронного движения на остаточном газе.В идеальном случае в ловушке Пеннинга должен находиться только один ион.

Наличиенескольких ионов приводит к их кулоновскому взаимодействию, и, как следствие, сдви­гу истинной циклотронной частоты ν . Эффективность регистрации используемого МКПдетектора c позиционной-чувствительностью (RoentDek DLD40) около 50%. Эмпирическиустановлено, что если при анализе данных учитывать события, в которых за один цикл бы­ло зарегистрировано от 1 до 5 ионов, это никак не увеличивает систематическую ошибкуизмерений, по крайней мере на относительном уровне точности в 10−10 , но позволяет быст­рее производить набор статистики.Отметим еще один эмпирически установленный факт, что оптимальная длительностьизмерения частоты одного нуклида должна быть около 5 минут.

За это время флуктуациимагнитного поля (при прочих равных стабильных условиях измерения, таких как температу­ра и давление) гораздо меньше точности этого измерения. С другой стороны, в случае off-lineизмерений обычно нет проблем с количеством ионов, а поэтому, оптимизировав счетность заодин цикл на уровне 3-4 ионов, за полное 5-ти минутное измерение можно получить около300 событий в каждой из ν− - и ν+ -проекции, что вполне достаточно для формирования ихструктуры с учетом ширины их распределения.Итак, -значения определяются по формуле 2.20 на основе измеренных отношений циклотронных частот. Вся измерительная кампания разбивается на 4-5 часовые непрерывныеизмерения, для каждого из которых определяется свое методом линейной интерполяцииили методом полиномиального фитирования. Так, для 187 Re использовался метод линейнойинтерполяции, в то время как для 123 Te и 163 Ho использовался метод полиномиального фити­рования.

Пример использования полиномиального метода изображен на Рис. 4.1 для случая163Ho. При хорошо работающей стабилизации температуры и давления в магните его магнит­ное поле флуктуирует достаточно плавно и оба метода получения отношений частот даютсогласующийся результат. В случае же неидеально работающей стабилизации по какой-либоиз причин, полиномиальный метод дает более надежный результат.На Рисунках 4.2, 4.3 и 4.4 показаны определенные -значения для 123 Te, 163 Ho и 187 Re,соответственно, полученные на основе измеренных за 4-5 часов отношений 4−5h циклотрон­ных частот соответствующих нуклидов, как показано, например, на Рис. 4.1.

В суммарнойтаблице 4.2 приведены измеренные отношения частот , полученные на их основе -значенияи относительная погрешность каждого из представленных измерений.58660187.61660187.60/ Гц163+Dyциклотронная частотаνc660187.59660187.58660187.57163660187.56+Ho660187.5550100150время / мин200250Рисунок 4.1 — Пример поочередного измерения циклотронных частот 163 Dy+ и 163 Ho+ионов с суммарным временем экспозиции 5 часов.

Отношение частот 5h за полное5-часовое измерение было получено методом полиномиального фитирования, когда вчастоты для 163 Ho+ вписывается полином 1 () пятой степени, а в частоты для 163 Dy+полином 2 () = 5ч 1 ().Таблица 2 — Суммирующая таблица полученных результатов: отношение частотдочернего и материнского нуклидов, -значения нуклидов и относительная точностьизмерений ∆/ . В скобках указана погрешность измеренных величин: в первых –статистическая, во вторых – систематическая.-значение (кэВ)∆/Te1.000 000 453 44(52)(26)51.912(60)(30)5.5 · 10−10163Ho1.000 000 018 67(20)(10)2.833(30)(15)2.0 · 10−10187Re1.000 000 014 31(17)(9)2.492(30)(15)1.8 · 10−10Нуклид1234.2Измерение массы202Tl на IsoltrapПрямое измерение разницы масс 202 Pb и 202 Tl на Isoltrap являлось бы сложной стехнической точки зрения задачей, поскольку требовалось бы поочередное получение интен­сивного, но при этом очень чистого пучка то одного, то второго нуклида2 .

Предпринятаяв 2008 году попытка прямого измерения -значения 202 Pb не увенчалась успехом, посколь­ку не удалось получить ионы 202 Tl в сколь-нибудь значительном количестве. Поэтому было2Чистый пучок в данном случае означает, что в пучке 202 Pb отсутствуют ионоы 202 Tl, и наоборот. Если этоне так, то ионы как материнского так и дочернего нуклида будут одновременно находится в измерительнойловушке, поскольку их разница масс слишком мала, чтобы быть очищенными в подготовительной ловушке.В итоге это может привести к существенной систематической ошибке измерений.5952.4Q = 51.912(60)стат(30)сист кэВ52.3Q-значение (кэВ)52.252.152.051.951.851.751.651.512345номер 4-часового измеренияРисунок 4.2 — -значения 123 Te, полученные на основе измеренных отношений 4hциклотронных частот для 123 Te+ и 123 Sb+ ионов на установке Shiptrap [7]. Черная линия исерая полоса показывают усредненное -значение со своей ошибкой измерения,соответственно.принято решение производить измерение абсолютных значений масс 202 Pb и 202 Tl в раздель­ных экспериментах.

Так, сначала в эксперименте 2008 года была измерена масса 202 Pb [105].Затем, в 2015 году были проведены измерения массы 202 Tl, в которых автор диссертациипринял непосредственное участие.Дочерний нуклид 202 Tl был получен на ISOLDE в ходе ядерных реакций при столкно­вении протонов с энергией 1.4 ГэВ и интенсивностью пучка 2 мкА с мишенью карбида урана(UC ) толщиной 50 г/см2 . Продукты реакций диффундируют на поверхность мишени, нагре­той до 2000∘ C.

Характеристики

Список файлов диссертации