Автореферат (1149638), страница 2
Текст из файла (страница 2)
1: Схема гиперболической (а) и цилиндрической (б) ловушек Пеннинга.В ловушках Пеннинга ионы радиально удерживаются сильным магнитным полем, а аксиально – слабым электрическим. Возможно создать удерживающее электрическое поле только квадрупольной конфигурации [1]. В магнитном7Рис. 2: Примерная траектория движения иона в ловушке.поле ионы будут двигаться по окружности вокруг оси, параллельной линияммагнитного поля на циклотронной частоте0 =,(1)где и заряд и масса иона, соответственно, а 0 – напряженность магнитногополя.Сформировать потенциал гиперболической формы можно либо применив3 группы профилированных электродов, либо разделив каждую группу цилиндрических электродов на несколько сегментов (см.
рис. 1).Движение иона в ловушке представляет собой комбинацию 3х движений:быстрого вращения вокруг продольной оси с модифицированной циклотроннойчастотой + , медленной прецессией вокруг продольной оси с магнетронной частотой − и аксиальных колебаний с частотой , (см. рисунок 2), причем, имеетместо соотношение+ + − = ,2+ − = 2 ,(2)22++ −+ 2 = 2 .Эти соотношения частот движения иона в ловушке называются теоремойинвариантности [1]. Они позволяют определить все частоты по их паре.Вторая глава посвящена описанию методов определения истинной циклотронной частоты движения ионов а ловушке.Циклотронная частота захваченного в ловушку иона, представляющая собой сумму частот его движения согласно (2), является также истинной циклотронной частотой движения иона в магнитном поле и обратно пропорциональна8Рис.
3: Схема отображения движения ионов в ловушки на позиционно-чувствительномдетекторе.его массе по (1). Таким образом, возможно определить отношение массы интересующего нас иона относительно массы опорного, сравнив отношения ихистинных циклотронных частот по формуле = (. − ) + Стандартным методом определения циклотронной частоты при измерении масс ионов с помощью ловушек Пеннинга является метод времяпролетногоионного циклотронного резонанса. Он основан на измерении зависимости времени пролета ионов при вылете из ловушки до детектора от частоты возбуждения.В разделе 2.3 дано детальное описание метода фазового отображения.Метод фазового отображения – это новый метод определения частот движенияиона в ловушке, позволяющий значительно улучшить точность их измерения.Впервые внедрен на установке SHIP-TRAP в GSI в Дармштадте [5].Метод фазового отображения основан на регистрации углового положения иона после некоторого периода свободного движения, то есть конечной фазыего радиального движения (см.
рисунок 3). Для регистрации не только момента попадания иона на поверхность детектора, но и точного положения, котороесоответствует проекции конечной точки радиального движения, используетсядетектор на основе микроканальной пластины с позиционно-чувствительныманодом.Как видно из рисунка 4, позиционно-чувствительный детектор позволяет легко определить фазу медленного магнетронного движения, но не быстрогоциклотронного. К тому же, сильно различный характер отображения движенийпозволяет точно настроить момент полной конверсии магнетронного движения вмодифицированное циклотронное по минимальному размеру изображения пятна.Проекции отображения захваченного пятна, представляющего собой распределение точек, зарегистрированных позиционно-чувствительным детекторомза несколько минут, представлены на рисунке 5. Эти распределения можно ап9проксимировать распределением Гаусса.
При этом за погрешность положенияберется погрешность аппроксимации центра распределения, а размер пятна характеризуется его шириной.Если определить положение иона сразу после загрузки и после некоторого времени движения иона в ловушке, можно определить полную фазу, накопленную ионом при движении за это время. Для определения начальной фазыпроизводится выпуск ионов сразу после возбуждения, а для получения конечной– добавляется время накопления фазы перед открытием ловушки.Использование метода фазового отображения позволяет улучшить разрешение относительно стандартного метода времяпролетного ионного циклотрон ) − ∼ного резонанса с применением схемы Рамзи [5] (( ) − = 5.В разделе 2.4 описано влияние различных факторов на частоты движения ионов в ловушке, таких как неоднородность магнитного и негармоничностьэлектрического полей, несоосность электрического и магнитного полей, эллиптичность потенциала, межионное взаимодействие и начальные магнетронное иаксиальное движения.
Для сверхточных измерений требуется их учитывать иоптимизировать методику для минимизации их влияния.Третья глава посвящена описанию установок TRIGA-TRAP (см. рисунок 6) и SHIP-TRAP (см. рисунок 7).Система TRIGA-TRAP - пока единственная установка с ловушкой Пеннинга, установленная на реакторе в Майнце (Германия).Подготовительная ловушка этой системы имеет цилиндрическую конфигурацию с внутренним диаметром 32 мм. Она предназначена для высокоточноймасс-сепарации ионов и охлаждения их для последующего измерения массы.Между подготовительной и измерительной ловушками расположена диафрагма диаметром 1,5 мм. Измерительная ловушка для обеспечения лучших условий съема сигнала при неразрушающей детекции сделана гиперболической конструкции.
Расстояние между центрами оконечных электродов 20 = 11 , аРис. 4: Распределения ионов на позиционно-чувствительном детекторе при различных фазахдвижения: а) магнетронного; б) модифицированного циклотронного после его конверсииподачей квадрупольного импульса в магнетронное; в) модифицированного циклотронного; г)совокупности магнетронного и модифицированного циклотронного движений.10Рис. 5: Распределение зарегистрированных ионов и проекции распределения накоординатные оси.В данном случае показана проекция ионов 40 Ca+ , находящихся в центре ловушки наустановке SHIP-TRAP [6]. Приведено распределение 1336 ионов, время накопления данных– 5 минут.внутренний диаметр кольцевого электрода равен 20 = 12.76 [7].
В качестве детектора используется МКП.Установка SHIP-TRAP расположена в GSI – институте тяжелых ионов вДармштадте [8]. Ловушка установлена после масс-сепаратора SHIP, ориентированного на работу со сверхтяжелыми ионами за ускорителем UNILAC, однакобыла использована в режиме офф-лайн для исследований большого набора стабильных и долгоживущих нуклидов в целях космохронологии и физики нейтрино.Ионные ловушки расположены в центре сверхпроводящего магнита производства Magnex-scintific.
Магнит по конструкции аналогичен примененному всистеме TRIGA-TRAP. Напряженность поля составляет 7 Тесла, магнит имеет 2зоны однородности объемом в несколько кубических сантиметров на расстоянии100 мм. Внутри магнита смонтирована сборка ловушек. Обе ловушки это – цилиндрические ловушки Пеннинга . Их внутренний диаметр равен 32 мм. Междуцентральным и оконечными электродами расположены две пары корректирую-Рис. 6: Схема офф-лайн установки TRIGA-TRAP, которая использовалась для определенияQ-значения электронного захвата в 163 Ho [7].11Рис.
7: Схема установки SHIPTRAP [6] в конфигурации для проведения офф-лайнэкспериментов.щих электродов – внутренние и внешние. Центральный электрод подготовительной ловушки разделен на 8 сегментов. Четыре из них используются для подачиквадрупольного возбуждения для масс-селективного центрирования интересующих ионов. В подготовительную ловушку подается буферный газ для массселективного охлаждения ионов. Между подготовительной и измерительной ловушками расположена диафрагма диаметром 1,5 мм.
Измерительная ловушкасистемы SHIP-TRAP, в отличии от системы TRIGA-TRAP, также цилиндрическая. В качестве детектора используется МКП с позиционно чувствительныманодом RoentDeck - DLD40.В разделе 3.3 описаны особенности офф-лайн ионных источников и ионной оптики. В качестве основных ионных источников для проведения офф-лайнизмерений на установках SHIP-TRAP и TRIGA-TRAP применяются источникилазерной ионизации.В четвертой главе приведено детальное описание методик настройкиловушек для проведения измерений методами времяпролетного ионного циклотронного резонанса и фазового отображения на примере установок SHIP-TRAPи TRIGA-TRAP.В разделе 4.1 описывается настройка подготовительной ловушки.В разделе 4.2.1 описывается настройка ловушки для проведения измерений методом времяпролетного ионного циклотронного резонанса.12В этом методе достаточно сложно оценить начальное магнетронное движение без использования позиционно-чувствительного детектора.
Автором диссертации был предложен и опробован метод оценки начального движения наоснове определения предельного напряжения дипольного возбуждения, при котором еще не происходит отсечка ионов.В разделе 4.2.2 описывается настройка ловушки для измерений методомфазового отображения.В разделе 4.3 детально описывается процесс обработки полученных данных.При расчете отношения частот учитывается возможность дрейфа со временем истинной циклотронной частоты. Для компенсации этого эффекта , измерения опорного иона производятся до и после измерения циклотронной частоты интересующего иона. И далее производится чередование измерений.
Такимобразом, до и после каждого измерения истинной циклотронной частоты изучаемого иона производятся измерения с опорным.Наиболее простым способом является линейная интерполяция по циклотронной частоте опорного иона ко времени середины измерения изучаемогоиона.
Затем для полученных значений отношений истинных циклотронных частот находится среднее взвешенное, а также внешняя и внутренняя погрешности.На установке SHIP-TRAP меньшее время измерений позволяет получатьзначение отношения частот уже через 15 минут измерений, а не 3 часа, как вслучае TRIGA-TRAP.В пятой главе приведено описание результатов измерений.Раздел 5.1 посвящен измерению разностей масс ионов 129 Xe+ − 130 Xe+и 131 Xe+ − 132 Xe+ .Для проверки новой методики измерения на основе фазового отображения необходимо было провести тщательные измерения масс нуклидов с хорошоизвестными значениями.Так как это были первые измерения по методу фазового отображения, топроцесс был несколько упрощен: активное подавление начального магнетронного движения после загрузки иона в ловушку не применялось.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
