Диссертация (1149639), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Эти приборы позволяют формировать постоянное напряжениеот +200 до -200 Вольт и производить переключение за несколько наносекунд при переключении TTL сигнала на входе синхронизации.Откачка области ловушки производится при помощи пары турбомолекулярных насосовпроизводительностью 1000 l/s. Вакуумная система для предотвращения попадания буферного газа подготовительной ловушки в область измерительной разделена на две независи54мые области перегородкой снаружи сборки ловушек и диафрагмой внутри.На каждую область работает свой турбомолекулярный насос.
К тому же, к области измерительной ловушки и секции дрейфа подключен магнитострикционный насос для получения более глубокого вакуума. В области детектора со временем достигается разряжениеменее 2 × 10−10 mbar.Основное управление установкой – задание временных задержек, установка значенийамплитуды и частоты генераторов – осуществляется через программу MM6.1, написаннуюв CERNе.
Так же эта система осуществляет сбор и вывод данных измерений.553.2Описание структурной схемы SHIP-TRAPРисунок 3.10: Схема установки SHIP-TRAP в конфигурации для проведения on-lineэкспериментов.Установка SHIP-TRAP расположена в GSI – институте тяжелых ионов в Дармштадте.Ловушка установлена после масс-сепаратора SHIP, ориентированного на работу со сверхтяжелыми ионами за ускорителем UNILAC – универсальным линейным ускорителем, позволяющим ускорять нуклиды практически всех химических элементов вплоть до урана [7,7].Изначально система SHIP-TRAP предназначалась для точных измерений масс трансурановых элементов, нарабатываемых на ускорителе в режиме он-лайн, но после внедренияновой методики фазового отображения появилась возможность проведения сверхточныхизмерений и в режиме офф-лайн большого набора стабильных и долгоживущих нуклидовв целях космохронологии и физики нейтрино.Поток ионов с энергией примерно от 20 до 500 кэВ на нуклон после сепаратора попадает в газонаполненную камеру торможения (см.
рис. 3.10). Там поток быстрых ионовтормозится и термализуется примерно до температуры буферного газа, давление которогоустанавливается около 50 mbar. В качестве буферного газа используется гелий сверхвысокой очистки.Из газовой камеры торможения ионы сначала вытягиваются при помощи радиочастотной воронки. Затем, через диафрагму, попадают в небольшой вытягивающий РЧК, по которому попадают в РЧК, осуществляющий накопление, охлаждение и формирование временной структуры пучка.
Принципы работы РЧК описаны в разделе 1.2.2.Вместо газовой камеры, предназначенной для работы с продуктами реакции в он-лайнрежиме, для проведения измерений в офф-лайн режиме может быть подключен какой-либодругой ионный источник. Например, при проведении измерения разности масс 129 Xe+ и130Xe+ (см. раздел 5.1), перед РЧК был установлен газовый ионный источник плазменнойионизации заводского изготовления.56Рисунок 3.11: Схема установки SHIP-TRAP при офф-лайн измерениях, котораяиспользовалась для определения Q-значения EC в 163 Ho.В радиочастотном квадруполе для охлаждения ионов поддерживается давление в районе 5 × 10−3 mbar.
Для обеспечения достаточного разряжения в областях системы, расположенных рядом с РЧК, его камера отделена диафрагмами, а из областей, прилегающих кРЧК осуществляется откачка при помощи турбомолекулярных насосов производительностью 1600 и 1000 l/s до разряжения в прилегающих областях около 1 × 10−6 mbar.Питание РЧК осуществляется от функциональных генераторов DS340 SynthesizedFunction Generator производства Stanford Research Systems. Переменное напряжение с генератора усиливается радиочастотным усилителем на величину порядка 50 дБ.
Постояннаякомпонента для аксиального потенциала получается в районе входной части при помощирезистивного делителя и подается на электроды через RC разделительные цепи.Постоянное напряжение на электроды выходной части формируется при помощи двухуровневых быстропереключаемых источников напряжения. Для добавления радиочастотной составляющей используются трансформаторы. Постоянная компонента подключена кцентральной точке соответствующих вторичных обмоток. Блок смешивания виден на фотографии 3.15 над вакуумной системой РЧК.Рисунок 3.12: Схема квадрупольного электростатического дефлектора для отклоненияпучка ионов и переключения источников.57После РЧК располагаются квадрупольный дефлектор (см.
рисунок 3.12) и опускаемаяна линию движения ионов при помощи манипулятора МКП, предназначенная для контроляпучка.Квадрупольный дефлектор используется для подключения дополнительных офф-лайнионных источников. При подключении в это месте лазерного или источника поверхностной ионизации РЧК не используется, но зато можно производить загрузку ионов наикратчайшим путем в ловушку.Таким образом, для проведения офф-лайн измерений (см. рис. 3.11) на установке SHIPTRAP существует две различные конфигурации для источников – подключение одногоперед РЧК и двух через квадрупольный дефлектор непосредственно перед ловушками.Практически в экспериментах применялись обе схемы.
В случае измерения разностимасс 129 Xe+ и 130 Xe+ (см. раздел 5.1) непрерывно работающий газовый ионный источникрасполагался перед РЧК. В случае измерения масс 48 Ca ((см. раздел 5.2) и 163 Ho ((см. раздел 5.3) лазерный ионный источник подключался к дефлектору перед ловушками.К левому по ходу пучка входу квадрупольного дефлектора постоянно подсоединен источник поверхностной ионизации с препаратом 133 Cs для калибровки системы ловушек.После квадрупольного дефлектора установлена пара сегментированных электродов дляэлектростатического отклонения пучка для точной настройки попадания ионного пучка вловушку.Рисунок 3.13: Фотография сборки цилиндрических ловушек установки SHIP-TRAP.Ионные ловушки расположены в центре сверхпроводящего магнита производстваMagnex-scintific.
Магнит по конструкции аналогичен примененному в системе TRIGATRAP (см. раздел 3.1). Напряженность поля составляет 7 Тесла, магнит имеет 2 зоныоднородности объемом в несколько кубических сантиметров на расстоянии 100 мм. Некоторые данные о параметрах однородности, временной стабильности поля и методах ееповышения описаны в пункте 2.4.1.Внутри магнита смонтирована сборка ловушек (см. рис. 3.13). Обе ловушки это цилиндрические ловушки Пеннинга (см. рис. 3.14). Их внутренний диаметр равен 32 мм.Материалы ловушки аналогичны системе TRIGA-TRAP – безкислородной медь сверхвысокой очистки как материал электродов и сапфир в качестве изолятора.
Электроды ловушки гальванически покрыты золотом без применения никеля.На входе подготовительной ловушки находятся три входных оконечных электрода. Напряжение на них подается с быстропереключаемых двухуровневых источников. Предварительная селекция ионов обеспечивается при отсечении в моменты открытия и закрытияловушки нежелательных ионов по времени пролета от источника или РЧК.58Рисунок 3.14: Схема сборки ловушек и их положение относительно зон однородностимагнитного поля сверхпроводящего магнита установки SHIP-TRAP.Между центральным и оконечными электродами расположены две пары корректирующих электродов – внутренние и внешние.
Каждый электрод подключен к своему источникупитания. Напряжения на корректирующих электродах со стороны входа или выхода при открытии ловушки переключаются синхронно с соответствующими оконечными.Внутренние коррекционные электроды выполнены разделенными на два сегмента по180∘ каждый. Сегментирование корректирующих электродов для подачи дипольного возбуждения в данное время не используется.
Все манипуляции с ионами в ловушке производятся только при помощи сегментов центрального электрода.Центральный электрод подготовительной ловушки разделен на 8 сегментов. Четыре изних используются для подачи квадрупольного возбуждения для масс-селективного центрирования интересующих ионов (см. пункт 1.2.4).В подготовительную ловушку подается буферный газ для масс-селективного охлаждения ионов. Буферным газом является гелий высокой степени очистки. Газ из баллона послепредварительной редукции давления до 1 атм. (см. рис.
3.15) подается на контроллер потока. Газ попадает в змеевик, погруженный в жидкий азот. Это позволяет дополнительноочистить газ от примесей и охладить его, что положительно сказывается на размере пространственного распределения ионов на выходе из подготовительной ловушки. Также газиз этого баллона подается на контроллеры потока газа в РЧК и камеру торможения.Обычно при работе системы SHIP-TRAP поток газа устанавливается в диапазоне 1 ×−410 − 5 × 10−3 l/s · mbar, создающий внутри объема подготовительной ловушки давлениепорядка 5 × 10−6 mbar.Между подготовительной и измерительной ловушками расположена диафрагма диаметром 1,5 мм. Диафрагма состоит из двух секций последнего оконечного электрода подготовительной ловушки и первого оконечного измерительной, так как она должна не толькоотсекать часть ионов, но и обеспечивать разность давлений между областями ловушек.Напряжение на диафрагму подается от соответствующих быстрых двухуровневых источ59Рисунок 3.15: Фотография блока подачи газа в подготовительную ловушку и РЧК наустановке SHIP-TRAP.На переднем плане – баллон с гелием, редуктор и холодная ловушка; на заднем плане –РЧК и система подачи напряжения на сегменты РЧК.ников.Измерительная ловушка системы SHIP-TRAP, в отличии от системы TRIGA-TRAP, также цилиндрическая.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
