Автореферат (1149638), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Также не применялась термостабилизация быстропереключаемых двухуровневых источниковнапряжения.Истинная циклотронная частота для каждого иона определялась напрямую через угол между положениями “магнетронной” и “циклотронной” фаз (см.рисунок 8). При определении углового положения изображений конечных точек “магнетронной” и “циклотронной” фаз движения производилось накопление13Рис.
8: Изображения магнетронной и циклотронной фаз движения 130 Xe+ в ловушке [6].Справа проекции распределений попаданий ионов на детектор по оси X и Y, соответственно,для фазы модифицированного циклотронного движения, аппроксимированные гауссианами.данных в течение 5 минут. За это время в обоих пятнах в сумме было накопленопорядка 800 ионов.129Xe+ )129Xe+ )(1 ) иДля расчета отношения частот = ((130 Xe+ ) частоты ( (130 Xe+ )(2 ) линейно интерполировались к моменту измерения 2 .
Рассчитанные значения отношений = (129 Xe+ )/ (130 Xe+ ) показаны на рисунке 9.На основании полученных данных для обоих методов регистрации (времяпролетного резонанса и фазового отображения) были рассчитаны разностимасс ΔSHIP−TRAP = (130 Xe+ ) − (129 Xe+ ) и было проведено их сравнениес разностью масс ионов, измеренной с высокой точностью на установке FSU(Флорида, США): ΔFSU − ΔSHIPTRAP . В результате получились значенияToF−ICRΔFSU − ΔSHIP−TRAP= −690 (880) эВPI−ICRΔFSU − ΔSHIP−TRAP=180 (240) эВ[2], а также = (131 Xe+ )/ (132 Xe+ ) = 1.007 632 057 62 (24) для другой парыксенонов [3] и, в результате, разность масс с измерениями на FSU для этой парыравнаPI−ICRΔFSU − ΔSHIP−TRAP= 7 (32) эВ.Таким образом, показано, что метод фазового отображения работает, и высокоточные измерения масс возможны при большем наборе статистики, чем это было14Рис.
9: Отношения истинных циклотронных частот и средние значения в диапазоне ихпогрешностей, показанные заштрихованными областями для 129 Xe+ – 130 Xe+ [2],полученные в процессе проверки применимости методики фазового отображения приподготовке к измерениям разности масс 187 Re и187Os для космохронологии [3].Синим цветом представлены результаты измерений по методу фазового отображения, акрасным – с использованием схемы Рамзи.сделано с нуклидами ксенона. Также удалось показать четырехкратное увеличение точности при переходе от времяпролетного метода определения циклотронной частоты по схеме Рамзи к методу фазового отображения при одинаковыхусловиях (см. рисунок 9).В разделе 5.2 приведены результаты измерения массы 48 Ca для задачквантовой электродинамики.Точные расчеты изотопического сдвига g-фактора связанного в атомеэлектрона в сильном электрическом поле с использованием аппарата квантовой электродинамики с уточнениями вне картины Фарри были проведены накафедре квантовой механики Санкт-Петербургского государственного университета [9].
Точные измерения изотопического сдвига были сделаны в университетеИоганна Гутенберга в Майнце с использованием данных измерения массы 48 Ca,выполненных автором диссертации [2].Для определения циклотронных частот применялся метод фазового отображения. В качестве опорного источника использовался углеродный кластер12 +C4 . Ионы получались при помощи ионизации лазером Nd:YAG образца.К остановленным в центре ловушки ионам применялось возбуждение дляизмерения по методу фазового отображения.
Производилось возбуждение на модифицированной циклотронной частоте для вывода ионов на орбиту радиусаоколо 0,5 мм, а затем конверсия их движения импульсом на истинной цикло15тронной частоте в магнетронное движение либо через 100 периодов, либо через220 000, что дает время накопления фазы 0,1 с. Ионы освобождались из ловушки, и фиксировалось их положение на позиционно-чувствительном детекторе.Рис.
10: Отклонение от среднего отношения циклотронных частот 48 + и124+ ,усредненных за каждый час измерения [2].Набор данных производился по 5 минут для каждого нуклида по очереди, затем изменялось положение мишени, корректировалась мощность лазера для соответствующей части мишени и продолжался набор. Для определениязначения массы, весь массив данных был разделен на 45 промежутков длительностью около одного часа. Каждый пятиминутный интервал был также разделенна 10 периодов по 30 секунд.Затем в рамках каждого часового интервала, частоты для опорного иона+C4 были аппроксимированы полиномом пятой степени P2 (t), в то время, какчастоты для 48 Ca+ – в виде P1 (t) = Rhour × P2 (t). Таким образом, был болееточно учтен дрейф циклотронной частоты, связанный с дрейфом магнитногополя и некоторого ухода потенциалов ловушки во времени.Данные значения отношений частот Rhour с учетом погрешностей (см.рис.
10) были усреднены и получено окончательное значение отношения частоты движения иона 48 Ca+ к частоте C+4 = 1.000 990 101 75(35 )(17 ) →1+48/ = 0.39 и с учетом ( Ca ) = (4+ )/, массы электрона и егоэнергии связи в атоме значение массы 48 Ca+ получилось равным [2](48 17+ ) = 47.943 204 044 (19) → / = 0.40 .Полученное точное значение массы 48 Ca позволило определить изотопический сдвиг g-факторов связанного электрона, подверженного действию сильного электрического поля в литиево-подобных ионах 40 Ca и 48 Ca. При из16вестной (40 Ca17+ ) = 39.953 272 233 (22) → / = 0.60 , а также. (40 Ca17+ ) = 1.999 202 040 55 (10 )(12 )(110 ) → / = 5.6 · 10−10. (48 Ca17+ ) = 1.999 202 028 85 (12 )(13 )(80 ) → / = 4.1 · 10−10[2] получаются значения изотопического сдвигаΔmeas. = meas.
(40 Ca17+ ) − meas. (48 Ca17+ ) = 11.70 (1.40) · 10−9Δtheo. = theo. (40 Ca17+ ) − theo. (48 Ca17+ ) = 10.305 (0.027) · 10−9Полученное значение массы 48 Ca хорошо согласуется с предыдущимипрямыми измерениями, но является на данный момент наиболее точным. Полученные значения изотопического сдвига в пределах погрешности совпадают срассчитанными, что подтверждает правильность расчетов по имеющимся методикам за пределами картины Фарри.
Результаты измерений иллюстрируют также возможности измерения масс легких ядер при помощи методики фазовогоотображения с точностью до нескольких десятков эВ [2].Раздел 5.3 посвящен определению Q-значения электронного захвата в163Ho.Рис. 11: Q-значения электронного захвата в 163 Ho, полученные в различных экспериментах, ирекомендованное значение [10], отмеченное горизонтальной линией с коридором ошибок(розовым цветом).В литературе имеется большой разнобой в значениях Q-величины(см. рисунок 11), который совершенно неприемлем, так как может привести ксущественно различающимся массам нейтрино. Были проведены измерения Qвеличины и абсолютной массы для 163 Ho на установке TRIGA-TRAP [11] (см.раздел диссертации 5.3.2).17Использовался метод лазерной нерезонансной ионизации.
В качестве мишени использовались диски из сиградура. На поверхности были нанесены по одной капле нитрида холмия и диспрозия. В каждой капле было порядка 3·1016 атомов. Мишень облучалась лазером с энергией в импульсе в данном экспериментеот 0,05 до 0,5 мДж.Рис. 12: Времяпролетный резонанс для оксида холмия [11]. Применено возбуждение повременнóй схеме Рамзи с длительностью импульсов по 0,2 с и паузой 1,6 с между ними.Полученное значение истинной циклотронной частоты = 600 699, 982 (6) Гц. Данныйрезонанс построен после набора 564 ионов.При использовании схемы Рамзи происходит усиление боковых минимумов, что улучшаетточность аппроксимации, но требуется дополнительное определение истинного положениярезонанса при помощи обычного метода непрерывного возбуждения.Измерения проводились по методу времяпролетного ионного циклотронного резонанса с использованием схемы возбуждения Рамзи.
Данные накапливались в течение 20 периодов измерения частоты конверсии. Полученная зависимость для одного из измерений в течение 20 циклов показана на рисунке 12. В среднем ошибка определения истинной циклотронной частоты составила 10 мГц.При проведении измерений в течение первых нескольких дней проводились измерения частот для 163 Ho16 O и 163 Dy16 O. После этого производилисьизмерения ионов углеродного кластера 12 C+15 для получения абсолютной массы.Полученные данные были обработаны и вычислены средние значения по32 измерениям отношений частот для определения абсолютных масс холмия идиспрозия и 41 измерениям при определении их разности масс.18Таблица 1: Результаты измерения масс 163 Ho и 163 Dy на установке TRIGA-TRAP [11].МЕ означает избыток массы.
Литературные данные взяты из [10].Измеряемый16316316316+16+16+Ho ODy OHo OОпорныйC+1512 +C1516316 +12Dy OПолученное значениеЛитературное значение163Ho) = −66 379, 3 (9) кэВ−66 377, 3 (1, 9) кэВ163Dy) = −66 381, 7 (8) кэВ−66 379, 9 (1, 9) кэВ ( (EC = 2, 5 (7) кэВ2 555 (16) эВОкончательные значения приведены в таблице. Таким образом, удалосьпроверить возможность прямого измерения разности масс 163 Ho и 163 Dy припомощи ловушки Пеннинга с использованием изготовленного источника 163 Hoи несколько уточнить значения их масс.В разделе 5.3.3 приведено описание точного измерения Q-величины для163Ho с помощью методики фазового отображения на установке SHIP-TRAP.Рис. 13: Значения отношений истинных циклотронных частот для 163 Ho и 163 Dy, полученныепри обработки данных в 34 пятичасовых блоках и их среднее значение [11].Для более точного определения разности масс были проведены прямыеизмерения разности масс на установке SHIP-TRAP с использованием новогометода фазового отображения [12].
Для получения ионов холмия использовалсятот же самый препарат, что и для измерений на TRIGA-TRAP.Ионы получались при помощи нерезонансной лазерной ионизации приоблучении мишеней, состоящих из капель раствора холмия или природного диспрозия в азотной кислоте, но высушенных не на углеродной, а на подложке изтитановой фольги.19Измерения проводились по методике фазового отображения, при этомизмерялся угол между пятнами, соответствующими модифицированному циклотронному и магнетронному движению. За счет активного демпфирования удалось достичь радиуса начального магнетронного движения не более 0,01 мм и неболее 0,4 мм амплитуды аксиального движения. Время накопления фазы быловыбрано равным 600 мс.Измерения частоты разделялись на блоки по пять часов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
