Диссертация (1149639)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЧенмарев Станислав ВалерьевичПрецизионные измерения масс нуклидов в ионнойловушке с помощью метода фазового отображенияСпециальность 01.04.16 —«Физика атомного ядра и элементарных частиц»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор ф.-м. наук, проф.Новиков Ю. Н.Санкт-Петербург – 2015СодержаниеВведение . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Ионные ловушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1 Ловушки Поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2 Ловушки Пеннинга . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.1 Движение иона в ловушке Пеннинга . . . . . . . . . . .1.2.2 Манипуляция с ионами, захваченными в ловушку . . . .1.2.3 Использование газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.4 Масс-селективное охлаждение ионов в ловушке с газом..........................................4..............669121417192 Методы определения циклотронной частоты . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .2.1 Метод времяпролетного ионного циклотронного резонанса . . . . . . . . . .2.2 Метод Фурье-преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3 Метод фазового отображения . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.1 Независимое определение частот движения иона в методе фазовогоотображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.2 Прямое измерение истинной циклотронной частоты в методе фазового отображения . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4 Влияние различных факторов на частоты движения ионов в ловушке . . . .2.4.1 Влияние неоднородности магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . .2.4.2 Влияние негармоничности электрического поля . . . . . . . . . . . .2.4.3 Влияние несоосности электрического и магнитного полей и эллиптичности потенциала .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.4 Влияние межионного взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.5 Влияние начального магнетронного и аксиального движений . . . .....21212629. 32..... 41. 42. 433 Описание установок, использованных в экспериментах . . . . . . . . . . .
. . .3.1 Описание структурной схемы TRIGA-TRAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2 Описание структурной схемы SHIP-TRAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3 Лазерные ионные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.1 Лазерные ионные источника на установках TRIGA-TRAP и SHIP-TRAP3.3.2 Система транспортировки ионов к ловушкам . .
. . . . . . . . . . . .4 Настройка ловушек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Настройка подготовительной ловушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Настройка измерительной ловушки . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .4.2.1 Настройка ловушки для проведения измерений методом времяпролетного ионного циклотронного резонанса . . . . . . . . . . . . . . .4.2.2 Настройка ловушки для измерений методом фазового отображения .4.3 Обработка полученных данных . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .235393940444456656567. 71. 71. 76. 76. 87. 975 Результаты экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 Измерение разности масс ионов 129 Xe+ − 130 Xe+ и 131 Xe+ − 132 Xe+ . . . . .5.2 Измерения массы 48 Ca для задач квантовой электродинамики . . . . . . . .5.2.1 Цели измерения . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2.2 Методика измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2.3 Результаты измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 Определение Q-значения электронного захвата в 163 Ho с помощью методикифазового отображения . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1 Цели измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.2 Предварительные измерения Q-величины и абсолютной массы для163Ho на установке TRIGA-TRAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.3 Точное измерения Q-величины для 163 Ho с помощью методики фазового отображения на установке SHIP-TRAP . . . . . .
. . . . . . . .......102102106106107109. 111. 111. 113. 116Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243ВведениеОдной из важнейших величин в фундаментальной физике является масса нуклидов,соответствующая также по широко известной формуле Эйнштейна его полной энергиисвязи.В то время, как для получения новых частиц и исследований их свойств в рамках стандартной модели элементарных частиц требуется переходить ко все более высоким энергиям, измерения масс ядер удобнее проводить наоборот при низких энергиях, однако сочень высокой точностью. Для работы с ионами, охлажденными до сверхнизких энергий,в наибольшей степени подходят ионные ловушки Пеннинга.Ионные ловушки зарекомендовали себя как универсальный прибор для фундаментальных исследований [1].
Они были успешно использованы для измерений масс электронов,протонов и антипротонов, привнеся информацию о выполнимости СРТ-принципа. С помощью ловушек были прецизионно измерены g-факторы электрона, протона и различныхнуклидов. Ловушки Пеннинга оказались востребованы в сверхточных измерениях масснуклидов с целью подтверждения принципа CVC сохраняющегося векторного тока.
Установленные на пучках ускорителей и реакторов ловушки активно иcпользовались и используются для масс-спектрометрических измерений экзотических ядер, внося свою лепту врешение ряда вопросов ядерной астрофизики. Круг вопросов, которые охватывает приложение этих приборов расширяется.Новые измерения изотопического сдвига g-фактора позволили провести экспериментальную проверку методов квантовой электродинамики вне границ приближения Фарри,но для этих расчетов требовалось знание точного значения массы нуклида.
Эти измерениябыли проведены с помощью ионных ловушек.В данный момент наиболее всеобъемлющей теорией материи является стандартная модель элементарных частиц. Она предсказывает, что масса нейтрино равна нулю, но недавние наблюдения нейтринных осцилляций означают, что нейтрино обладают малой массой.При этом так же возникает вопрос о равенстве масс электронных нейтрино и антинейтрино.Таким образом, задача определения массы нейтрино является актуальной новой задачейфундаментальной физики. Если в результате проведения экспериментов в Троицке и Майнце (Германия) масса электронного антинейтрино в экспериментах с тритием получаетсяне более 2,5 эВ, то о массе нейтрино пока еще известно только, что она не превосходит225 эВ.Наиболее перспективным способом определения массы нейтрино является анализ спектра электронного захвата в 163 Ho. Коллаборация ECHo (Electron Capture in Holmium) планирует получить этот спектр с помощью криогенных микрокалориметров.
Но недавниенепрямые измерения массы холмия на калориметрах дали значения Q-величины электронного захвата на 300 эВ больше рекомендованного значения, следующего из анализа предыдущих многочисленных непрямых измерений. Так как для анализа спектра требуется знание достаточно точного значения разности масс дочернего и материнского нуклидов, тотребовалось проведение прямых измерений разностей масс 163 Ho и 163 Dy, которые связаны процессом электронного захвата, сопровождающегося вылетом нейтрино.4Описанные в данной работе первые прямые измерения масс холмия и диспрозия позволили скорректировать значение разности масс и открыли путь к последующим болееточным измерениям, позволяющим получить значение массы нейтрино с точностью донескольких электрон Вольт и даже меньше.Наиболее точным и удобным инструментом для проведения прямых измерений масснуклидов и их разностей являются ловушки Пеннинга.Настоящая диссертация посвящена разработке нового прецизионного метода измерений масс ловушечной спектрометрии и его использованием для измерений в интересахнейтринной физики и квантовой электродинамики.Диссертация состоит из пяти глав, введения и заключения.
В первой главе даются основы теории ионной ловушки Пеннинга, описывается внутриловушечное движение ионов иметоды охлаждения, удержания и манипуляции ионами в ловушке. Во второй главе описываются методы определения циклотронной частоты движения ионов в ловушке с акцентомна новый метод её определения с помощью фазового отображения, развитием которогопосвящена часть диссертационной работы. В этой же главе анализируются факторы, влияющие на точность измерений и возможную систематическую неопределенность данных.В третьей главе дается описание двух экспериментальных установок, на которых были выполнены измерения. Подготовительная стадия эксперимента, методы обработки и анализаданных приводятся в четвертой главе.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
