Диссертация (1149639), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В районе измерительной ловушки порасчетным данным вакуум составляет порядка 5 × 10−8 mbar. Разряжение в газонаполненной подготовительной ловушке составляет 5 × 10−6 mbar.Основное управление установкой – задание временных задержек, установка значенийамплитуды и частоты генераторов осуществляется через программу MM6.1, написанную вCERNе. Так же эта система осуществляет сбор и вывод данных измерений.
Управление генераторами осуществляется через отдельный интерфейс, а так-же программу комплекснойнастройки генераторов по предустановкам, сохраненных в файл xml-структуры. Данные окоординатах зарегистрированных ионов на основе информации от ВЦП линий задержкизаписываются в файл при помощи программы DAQ-TDC и впоследствии анализируются,в том числе и аппроксимируются, в программе PI-ICR CP разработки Михаила Гончарова.643.3Лазерные ионные источникиВ качестве основных ионных источников для проведения офф-лайн измерений на установках SHIP-TRAP и TRIGA-TRAP применяются источники лазерной ионизации.
Данныеисточники не используют более сложный метод резонансной ионизации, в них процессрождения ионов идет в плазме около поверхности, локально нагретой импульсом лазера.Эти источники очень удобны своей универсальностью и возможностью быстро переключать тип получаемых ионов. На движущейся подложке могут быть расположенынесколько мишеней одинакового или различных типов.Очень удобными опорными ионами являются углеродные кластеры. Для точности определения масс ионов в ловушках, оптимизированных под он-лайн измерения, можно пренебречь энергией связи между ядрами углерода в кластере и считать массу его ионов равной12∼m(12 C+n ) = n · m( C) − me = (12 · n − me )a. e.
m.(3.1)Таким образом получается ряд опорных ионов с разностью масс до измеряемого неболее шести массовых единиц.Для получения углеродных кластеров, составом от 6 до 25 атомов углерода в каждомудобно использовать сиградур – стеклоподобный материал из углерода. Более легкие кластеры легче получить при облучении лазером порошка фуллерена.При помещении порошка фуллерена, он был разбавлен ацетоном, а затем ацетоновофуллереновая эмульсия высушена на подложке.Для переноса других веществ, они сначала растворяются в кислоте, а затем капля высушивается на подложке. В этом случае переносится не чистый элемент, а его оксид илинитрид. При облучении лазером образуется как ион элемента, так и ион его оксида.3.3.1Лазерные ионные источника на установках TRIGA-TRAP иSHIP-TRAPЕсли ионный офф-лайн источник системы TRIGA-TRAP (см.
рисунок 3.18) собранстационарно, то в системе SHIP-TRAP ионный источник транспортабелен.В источниках обеих установок используется Nd:YAG лазер Continuum Minilite с удвоением частоты. Лазер производит импульсы длительностью 5 нс на длине волны 532 нммощностью 12 миллиДж.На установке TRIGA-TRAP лазер стационарно смонтирован над вакуумной системойионного источника, в то время как на установке SHIP-TRAP он расположен на платформепод источником.
На пути пучка установлен дистанционно-управляемый аттенюатор, позволяющий управлять мощностью лазерного импульса в широких пределах с поста управления всей установкой. На установке SHIP-TRAP используется дистанционный приводуправления встроенным аттенюатором лазера на основе шагового двигателя без дополнительных узлов.Лазерный луч проводится до мишени при помощи зеркал с малыми потерями. Перед входом в вакуумную систему устанавливается линза для точной фокусировки лучана мишени. Положением зеркал осуществляется тонкая подстройка положения пятна отлазерного луча на поверхности мишени.В системе TRIGA-TRAP из-за большого расстояния от входного окна до мишени и малых диаметров проходных отверстий возможно облучать только определенную точку мишени.
На установке SHIP-TRAP не используется мини-РЧК, что позволяет иметь намногобольший свободный объем вокруг, что дает возможность подстройки положения пятна лазерного луча. Но из-за нестационарности системы при замене мишени часто происходитсдвиг пятна и приходится после смены мишени производить точную подстройку луча.65Рисунок 3.18: Модель сборки мишени лазерного офф-лайн источника ионов, малогорадиочастотного квадруполя, используемого для накопления полученных из мишениионов, предварительного охлаждения и формирования временной структуры импульса, ата же часть ионно-оптического тракта для транспортировки от офф-лайн источника кподготовительной ловушке установки TRIGA-TRAP. Зеленой линией изображен ход лучалазера при облучении мишени [10, 36].Импульсы лазера запускаются от TTL-сигнала, подаваемого блоком синхронизацииустановки.Мишени располагаются на поворотном с помощью манипулятора столе.
Дистанционный привод манипулятора мишени установки TRIGA-TRAP осуществляется при помощиколлекторного двигателя и контроль за положением манипулятора мишени в процессе поворота осуществляется через телекамеру, тогда как привод мишени на установке SHIPTRAP реализован на шаговом двигателе и положение мишени однозначно соответствуетзаданному коду.Сами мишени на установке TRIGA-TRAP (см. рисунок 3.19 а) представляют собойцилиндр из сиградура диаметром 14 и высотой 4 мм. Четыре круговых области заготовкимишени заматованы. В эти области поверхности мишени химическим образом наноситсяматериал с веществом для получения исследуемого или опорного иона.При высыхании капли на поверхности мишени образуется распределение в виде кольца(см. рисунок 3.19 б).
Так как конструкция источника не позволяет изменить точку попадания лазерного луча, при повороте мишени вокруг своей оси происходит прогрев точек,лежащих на кольце (см. рисунок 3.19 в) и получаются две области, с поверхности которых происходит активная ионизация для каждой капли. Для проведения измерений во всейкапле должно содержаться не менее 1015 атомов исследуемого иона.Использование мишени из сиградура позволяет в любой момент получить углеродныекластеры.
Они производятся в любой точке мишени и, в случае большого количества измеряемого иона в капле, можно не поворачивать мишень для получения измеряемых и66б)а)в)Рисунок 3.19: Фотография использованной мишени с двумя “пятнами” 163 Ho и двумяприродного диспрозия (а) и радиографическое изображение мишеней с двумя “пятнами”249Cf до (б) и после использования (в). Пунктирная линия указывает примерный районмишени, доступный для облучения лазером при вращении мишени [36].опорных ионов.На установке SHIP-TRAP облучаемые образцы приклеиваются к подвижному металлическому столу (см.
рисунок 3.20). Для получения углеродных кластеров устанавливалсяосколок пластинки из сиградура или была высушена капля эмульсии фуллерена в ацетоне.3.3.2Система транспортировки ионов к ловушкамМишень на установке TRIGA-TRAP находится в камере мини-РЧК (см.
рисунок 3.18).При этом практически все вылетающие ионы собираются и удерживаются в ней. Накопленные и охлажденные в буферном газе ионы выпускаются из мини-РЧК и через электростатический квадрупольный дефлектор и затвор движутся к ловушке (см. 3.1).Рисунок 3.20: Фотография держателя мишеней лазерного офф-лайн ионного источникаустановки SHIP-TRAP.
На вращающейся подложке приклеены образцы 48 Ca и 40 Ca дляпроведения измерений (см. раздел 5.2).67Для мини-РЧК РЧ сигнал формируется при помощи функционального генератораStanford Research DS345, выходное амплитудное значение напряжения на выходе которогонастраивается от 3,5 до 8 Вольт, а затем усиливается РЧ-усилителем на 40 дБ.Рисунок 3.21: Времяпролетный спектр углеродных кластеров, снятый на МКП передловушками установки TRIGA-TRAP.Всего за 40 импульсов лазера зарегистрировано 104 ионов.В мини-РЧК удерживаются ионы с энергией не более глубины квазипотенциала, аона, в свою очередь, пропорциональна напряжению РЧ-сигнала. Таким образом, за счетподстройки напряжения РЧ-сигнала на функциональном генераторе возможна тонкая подстройка количества ионов в импульсе после вылета из мини-РЧК.При регистрации ионов на МКП, устанавливаемой перед ловушкой, можно снять спектрвида 3.21.
На ширину времяпролетных пиков сильно влияют настройки мини-РЧК, такиекак глубина потенциальной ямы, форма потенциала и ассиметрия напряжения на группахквадруполя.При длине пролета около метра и хорошей настройке мини-РЧК можно различить всеобразовавшиеся кластеры.
Сейчас на установке смонтирован затвор на базе металлическойсетки, но достаточно близко к источнику. Он позволяет несколько уменьшить загрузкуподготовительной ловушки. Также производится масс-сепарация по времени пролета доловушки. Подготовительная ловушка открывается только на 11,5 мкс.На установке SHIP-TRAP применена более простая конструкция. После образованиянад горизонтально расположенным столом с мишенью, ионы вытягиваются электрическимполем вверх и при помощи электростатического квадрупольного дефлектора поворачиваются по оси системы.Общий вид схемы ионного источника без использования встроенных накопительныхРЧК показан на рисунке 3.22. Лазерный луч входит сверху и проходя насквозь через отверстия в квадруполе попадает на мишень.
Так как при этом присутствует намного меньше68Рисунок 3.22: Модель части универсального ионного источника с блоком лазернойионизации без использования мини-РЧК.ограничений на пути лазерного луча, то есть возможность корректировать точку попадания луча на мишень за счет подстройки положения зеркал, что, в свою очередь, позволяетболее полно вырабатывать материал мишени.После квадрупольного дефлектора в ионооптическом тракте установлены квадрупольные линзы, но в последних экспериментах они не использовались и потенциал от дефлектора над мишенью до второго дефлектора, стоящего на оси ловушки для поворота ионов69от офф-лайн источников, был постоянным.При необходимости накопления ионов после импульса в системе SHIP-TRAP есть возможность установить лазерный ионный источник перед основным РЧК и использовать всеего возможности.При неприменении мини-РЧК и достаточно близкой установке лазерного источника отвхода в ловушку очень сложно осуществлять времяпролетное выделение требуемых ионов.Время открытия подготовительной ловушки обычно устанавливается равным 26 мкс.На обоих установках ионная оптика перед ловушкой позволяет при помощи квадрупольной электростатической линзы сфокусировать пучок на входе в ловушку и дефлекторыдля точной настройки траектории на вход ловушки.Вся оптическая настройка производится сначала при использовании МКП перед ловушкой по максимальному потоку ионов.
После успешного вывода пучка до МКП производится переход к подготовительной ловушке. Производится захват ионов и их центрирование.При этом производится тонкая подстройка напряжений для максимизации числа ионов вловушке а затем и подстройка мощности лазера для недопущения перегрузки ловушек.70Глава 4Настройка ловушек4.1Настройка подготовительной ловушкиПодготовительная ловушка используется для масс-селективного охлаждения ионов вбуферном газе (см. пункт 1.2.4). Для этого ионы выводятся на начальный магнетронныйрадиус, больший диаметра диафрагмы на выходе. Затем подается квадрупольное возбуждение на истинной циклотронной частоте, приводящее к конверсии медленного магнетронного движения в быстрое модифицированное циклотронное при достаточно точномсовпадении истинной циклотронной частоты иона с частотой возбуждения.Рисунок 4.1: Зависимость числа ионов от момента времени открытия подготовительнойловушки для углеродного кластера 12 C+22 на установке TRIGA-TRAP71Это, в свою очередь, приводит к быстрой потере энергии и, соответственно, радиусадвижения иона, так как частота остается постоянной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
