Диссертация (1149639), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Мной был предложен и опробованметод оценки начального движения на основе определения предельного напряжения дипольного возбуждения, при котором еще не происходит отсечка ионов.На установке TRIGA-TRAP основной цикл системы синхронизируется от генераторадипольного возбуждения на магнетронной частоте измерительной ловушки. Таким образом, при постоянном времени от начала цикла до открытия ключа подачи сигнала возбуждения на электроды ловушки (см. раздел 3.1), фаза магнетронного возбуждения остаетсяпостоянной.Рисунок 4.15: Схема сложения начального магнетронного движения с магнетроннымдвижением под действием дипольного возбуждения.Одинаковая потеря ионов при различных фазах начального магнетронного движенияпроисходит при различных напряжениях дипольного возбуждения, по половинемаксимальной разности которых можно оценить амплитуду начального движения.Фаза начального магнетронного движения также зависит от геометрии ловушек и особенностей охлаждения в подготовительной ловушке.
При этом, если изменять момент начала охлаждения и открытия ловушек, сохраняя при этом моменты приложения дипольноговозбуждения и открытия измерительной ловушки неизменными, то произойдет изменениефазы начального магнетронного движения относительно фазы дипольного возбуждения.85Рисунок 4.16: Зависимость числа ионов от фазы амплитуды дипольного возбуждения инапряжения потери половины ионов от фазы начального магнетронного движения дляуглеродного кластера 12 C+23 на установке TRIGA-TRAP.86Так как результирующие амплитуды будут складываться векторно, то получившаясяамплитуда магнетронного движения будет зависеть от фазы начального и ее минимум имаксимум будут отличаться на удвоенную амплитуду начального движения.В дополнение к сканированию фазы производится сканирование амплитуды дипольноговозбуждения.
При достижении некоторой пороговой амплитуды начнется потеря ионов изза геометрических ограничений электродов секции дрейфа, а затем и полное прекращениерегистрации ионов. Но так как при сканировании фазы начального движения амплитудаменяется, то и момент отсечки ионов изменится (см. рисунок 4.15).Амплитуда начального движения много меньше амплитуды отсечки, а значит, при постоянном моменте времени открытия ловушки фаза движения в момент вылета будет изменяться мало. В этом случае разность максимального и минимального напряжений отсечкибудет показывать удвоенную амплитуду начального магнетронного движения, выраженнуюв амплитуде при заданной длительности дипольного возбуждения (см.
рисунок 4.16).В результате обработки получается, что амплитуда начального магнетронного движенияблизка к амплитуде движения, достигаемой при дипольном возбуждении в течение 10 мс самплитудой 0,84 В. Так как амплитуда магнетронного возбуждения, равная 1,9 В, при такомже времени приложения соответствует радиусу магнетронного движения около 0,15 мм, торадиус начального магнетронного движения можно оценить как 0,06 мм.4.2.2Настройка ловушки для измерений методом фазового отображенияПри проведении измерений истинной циклотронной частоты при помощи метода фазового отображения настройка ловушки производится немного другим образом. Это связанос тем, что применение позиционно-чувствительного детектора позволяет использовать более удобные методики подбора параметров, а возможность достижения большей точностиизмерений требует более тщательной настройки всех параметров.Настройка захвата иона в ловушку производится полностью аналогично случаю настройки для времяпролетной методики.Для настройки напряжений на коррекционных электродах используется метод магнетронной линии.
Ионы выводятся на радиус магнетронного движения, накапливают фазу ивыпускаются к детектору. При этом производится сканирование напряжения магнетронного возбуждения. Это создает на детекторе последовательность точек (см. рисунок 4.3).В случае гармонического потенциала в области их движения точки будут лежать на одной линии, выходящей из центра, а при отклонении поля изменится магнетронная частота,что приведет к искривлению линии. Также на больших радиусах изменяется характер распределения, оно приобретает вытянутую форму.Путем подбора напряжений коррекционных электродов добиваются максимальной длины прямого участка магнетронной линии.
Увеличение времени накопления фазы позволяетповысить точность определения частоты и, соответственно, настройки.При этом сразу же можно определить оптимальное значение радиуса движения иона вловушке, он чуть меньше радиуса, при котором магнетронная линия начинает искривляться.Увеличение изображения относительно положения ионов на выходе из ловушки (см.
рисунок 2.13) задается напряжением электродов секции дрейфа, которые можно подстроить,и соотношением напряженностей магнитного поля в центре ловушки и точке расположения детектора. Так как детектор на базе МКП имеет ограничение по напряженности поляи высокой напряженности в ловушке, то подстройка практически осуществляется толькочерез настройку поля.87Рисунок 4.17: Распределение ионов на позиционно-чувствительном детекторе приизменении напряжения дипольного возбуждения на магнетронной частоте. Такназываемая магнетронная линия при времени накопления фазы 1 секунда для 40 Ca+ визмерительной ловушке установки SHIP-TRAP.Более высокие значения увеличения уменьшают ошибку определения углового положения иона. Поэтому увеличение выбирается максимально возможным, при котором всеионы могут попасть в активную область детектора и траектория хода ионов не попадаетна электроды секции дрейфа.Практически настройка увеличения может быть проведена один раз при установке иуточнении положения позиционно-чувствительного детектора и больше не меняться.Начальное аксиальное движение ионов приводит к некоторому радиальному размытиюпятна изображения из-за различий во времени пролета, а также приводит к выходу ионов вобласть с менее близким к квадрупольному электрическим потенциалом (см.
раздел 2.4.2).К тому же оно может несколько отличаться у опорного и изучаемого ионов, что можетвнести систематическую ошибку.Эти явления приводят к отклонению отношения частот порядка 10−8 – 10−9 . Если приизмерениях методом времяпролетного ионного циклотронного резонанса это еще допустимо, то при измерении более точным методом фазового отображения подобная ошибкапринципиальна и требует обязательного её устранения.Для этого используется активное подавление начального аксиального движения. К группе оконечных электродов измерительной ловушки со стороны входа через RC-цепочку подключен функциональный генератор. С него подается сигнал в противофазе и с подобраннойамплитудой для компенсации начального движения.Для определения аксиального движения производится сканирование момента выпускаиона из ловушки в пределах двух периодов аксиального движения (см.
рисунок 4.18). Приэтом при движении иона в момент открытия в сторону детектора время пролета уменьшается, а при движении в противоположную – увеличивается. Значение размаха времени88Рисунок 4.18: Зависимость времени пролета из ловушки до детектора от смещениямомента ее выпуска в диапазоне двух периодов аксиального движения для углеродногокластера 12 C+21 на установке TRIGA-TRAP.пролета при различных моментах открытия ловушки при неизменной настройке секциидрейфа может служить мерой аксиального движения ионов в ловушке.Изменяя фазу и напряжение сигнала подавления (см.
таблицу 4.1) при постоянном времени приложения сигнала, обычно установленном как 200 периодов сигнала, подбираютсязначения, соответствующие минимальному размаху. Если размер времен пролета в случаеустановки SHIP-TRAP составляет менее одной микросекунды, то синусоидальная структура зависимости уже не видна за разбросом, и настройку можно считать достаточной.Так же после захвата ионов производится настройка компенсации начального магнетронного движения.
Наличие его приводит к различию радиусов движения при накоплениифазы для опорного и измеряемого ионов (см. раздел 2.4.2), а также ошибке конверсии, чтоприводит к ошибке в отношении частот ионов порядка 10−8 – 10−9 .Начальное магнетронное компенсируется при помощи подачи импульса дипольноговозбуждения в противофазе с подобранной амплитудой. Для определения остаточного магнетронного движения производится определение положения изображения иона при двухмоментах выпуска иона из ловушки с интервалом времени, равным полупериоду магнетронного движения иона в ловушке. Расстояние между изображениями пропорциональнос коэффициентом g, удвоенному радиусу магнетронного движения.Для его точной компенсации производится подбор амплитуды и фазы, при которых расстояние между изображениями минимально.
Подбор параметров осуществляется аналогично настройке подавления начального аксиального движения. Например, для иона 132 Xe+ визмерительной ловушке установки SHIP-TRAP он представлен в таблице 4.2.89Таблица 4.1: Зависимость размаха времени пролета при аксиальном движении отнапряжения и фазы сигнала подавления для 132 Xe+ в измерительной ловушке установкиSHIP-TRAP.АмплитудаФаза68 мкс63 мкс73 мкс70 мкс0В3,5 В1,7 мкс3В1.0 мкс 1,1 мкс1,5 мкс1.0 мкс0,7 мкс1В6В1,5 мкс1,5 мксЧастота 46647,25 Гц, напряжение приложено в течение 200 периодов, что составляетоколо 4,29 мс.Таблица 4.2: Зависимость расстояния между изображениями положения иона при двухпротивоположных точках магнетронного движения от напряжения и фазы сигналаподавления для 132 Xe+ в измерительной ловушке установки SHIP-TRAP.АмплитудаФаза480 мкс290 мкс670 мкс600 мкс860 мкс700 мкс750 мкс730 мкс770 мкс50 мВ100 мВ30 мВ2,33,01,31,72,01,00,61,22,9 мм2,3 мммммммммммммммммм40 мВ60 мВ80 мВ100 мВ120 мВ1,4 мм0,9 мм0,8 мм0,6 мм0,8 мм0,9 ммЧастота 1336,37 Гц, напряжение приложено в течение 5 периодов, что составляет около3,74 мс.В данном случае были выбраны установки подавления начального движения: амплитуда 100 мВ, начальная фаза, а точнее задержка начала подачи импульса после закрытияловушки – 750 мс, частота – 1336,37 Гц и длительность возбуждения – 5 периодов, чтосоответствует 3,74 мс.
В результате удвоенный радиус магнетронного движения после подавления стал равен 0,6 мм, что при размере пятна изображения порядка 1,5 мм являетсядостаточно хорошим результатом.При времени набора данных около пяти минут и порядка 600 ионов в каждом пятнеизображения достигается точность определения положения центра пятна порядка 0,05 мм.При этом возможно довести настройку подавления начального магнетронного движения дорасстояния между ионами около 0,1 мм, но из-за подбора параметров приходится тратитьпорядка часа для обоих ионов.Можно предложить несколько другой подход к определению параметров генераторовподавления начального движения и, используя метод векторной диаграммы для подстройкив процессе измерений ограничиться только одним измерением магнетронного движениядля текущей коррекции (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
