Диссертация (1149639), страница 16
Текст из файла (страница 16)
рисунок 4.19).Радиус-вектор магнетронного движения в момент выпуска ионов из ловушки, которыйможно определить из положения изображения пятна на детекторе, можно представить каксумму радиус-вектора начального движения и вектора, соответствующего движению, вы90Рисунок 4.19: Схема сложения начального магнетронного движения с магнетроннымдвижением под действием дипольного возбуждения.Изменение положения изображения ионов при изменении напряжения возбужденияпозволяет связать параметры сигнала генератора возбуждения с положением ионов.званному дипольным возбуждением.В идеале “индуцированный” вектор должен быть равен вектору начального движенияс противоположным знаком. При этом их сумма будет нулевой. При рассогласовании появится вектор магнетронного движения, и если этот вектор рассогласования вычесть изпредыдущего “индуцированного” вектора, то новое значение будет соответствовать корректной настройке.Но для этого нужно определить связь параметров сигнала возбуждения с изменениемположения изображения на детекторе.
Для этого первоначально выбираются и фиксируются длительность импульса возбуждения и моменты открытия ловушки в процессе измерений с интервалом в половину периода движения.Затем, для определения связи начальной фазы возбуждения и амплитуды возбужденияс изображением определяются положения изображений противоположных фаз движенияпри нескольких значениях амплитуды возбуждения и фиксированной фазе. Тогда векторарасстояний между изображениями при различных амплитудах будут соответствовать подлине длинам “индуцированных” векторов при амплитуде, равной разности амплитуд для91этих точек, например⃗1 3 = ⃗3 − ⃗1 ∼= 3 − 1 , ...(4.1)где 1 , 3 – амплитуды дипольного возбуждения для соответствующих точек.Направление этих векторов будет соответствовать фазе вектора “индуцированного” движения при установленной фазе возбуждения.Таким образом, длина вектора “индуцированного” движения будет равна = × = ×|⃗3 − ⃗1 |,3 − 1(4.2)а для изменения фазы на один градус потребуется изменение установленной задержкизапуска наΔ1∘ =.(4.3)360∘Усредняя полученные величины из (4.2) от всех пар точек 1, 2, 3...
получим коэффициент зависимости длины вектора от амплитуды возбуждения [мм/В] и соответствиеначальной фазы движения. С учетом (4.3) становится возможным пересчет вектора остаточного движения (мм, градусы) в параметры генератора сигнала возбуждения (В, мкс) и,вычитая из установленного в момент измерения вектора возбуждения полученный векторрассогласования, можно получить значения новых параметров генератора для компенсацииначального движения.Для упрощения процедуры можно измерять не радиус-вектор относительно центра ловушки, а брать половину расстояния между противоположными точками. Тогда не требуется предварительного определения центра ловушки.Аналогичный метод можно применить и для компенсации аксиального движения, только необходима аппроксимация зависимости времени пролета от времени вылета синусоидой.
Тогда ее фаза и амплитуда соответствуют фазе и амплитуде движения.Для определения положения изображения центра ловушки ионы выпускаются к детектору после компенсации начальных движений без приложения каких-либо дополнительныхвозбуждений. Для исключения возможной неточности компенсации начального магнетронного движения в виде систематического сдвига изображения центра производится сканирование момента выпуска ионов из ловушки.При этом даже при недостаточно точной компенсации произойдет только увеличениеизображения, но его центр будет соответствовать центру, вокруг которого и происходитмагнетронное движение.Положение изображения центра меняется мало (см.
рисунок 2.19) и его проверка приизмерениях требуется только несколько раз в день. Сечения распределения на координатные оси аппроксимируются гауссианами по методу наименьших квадратов. Центры распределений дают координаты центра, а погрешности, соответственно, ошибки координат.Перед измерениями производится настройка возбуждений. Дипольное возбуждениена модифицированной циклотронной частоте настраивается только по амплитуде. Длительность берется по возможности минимальной. Контролируемый по позиционночувствительному детектору радиус “циклотронного” движения ионов устанавливается чутьменьше радиуса начала “загиба” магнетронной линии (см.
рисунок 4.3).При измерении 40 Ca+ на установке SHIP-TRAP были использованы значения амплитуды, равной 7,2 В, при длительности импульса, равном 1500 циклов или примерно 670 мкспри частоте дипольного возбуждения в 2 241 813,06 Гц. При данных параметрах начальный радиус модифицированного циклотронного движения был равен 5,5 мм. После времени накопления фазы 400 мс, радиус уже магнетронного движения составил примерно5,25 мм для “магнетронной” фазы и 4,95 мм для “циклотронной”, соответственно.92Рисунок 4.20: Распределение ионов на позиционно-чувствительном детекторе приопределении положения изображения центра ловушки для иона 40 Ca+ в измерительнойловушке установки SHIP-TRAP.Для настройки частоты конверсии, ее значение берется или после предварительнойоценки методом времяпролетного резонанса или, если ведется тонкая подстройка в процессе эксперимента, по предыдущим измерениям.
Длительность импульса берется такжеминимально возможной, а ограничением является максимальная амплитуда сигнала на выходе генератора. Подбор амплитуды ведется таким образом, что бы произошла полнаяконверсия (см. рисунок 2.15 г, в, б), а, значит, размер изображения на детекторе стал минимальным.Исходя из таблицы 4.3 (см. рисунок 4.23) была установлена для квадрупольного возбуждения частота 2 243 149,43 Гц. Напряжение, равное 8,2 В, приложено в течение 7200 периодов, то есть около 2,67 мс.Затем подбирается время накопления фазы (см.
рисунок 2.22). Так как при увеличении времени накопления за счет взаимодействия с остаточным газом распределения ионовначинают размываться, особенно для “циклотронной” фазы, то нет смысла сильно увеличивать время накопления. Обычно на установке SHIP-TRAP оно устанавливается в диапазоне400 мс – 600 мс.После этого подстраивается начальное положение ионов в конце обоих фаз. Для простоты они выводятся в угловую позицию −90∘ с учетом заранее измеренного местоположенияцентра (см. рисунок 2.21).Время накопления фазы для повышения точности задается как задержка запуска каналагенератора и в полных периодах частоты квадрупольного возбуждения, то есть истиннойциклотронной частоты.
Если частота установлена верно, то изображения после обоих схемвозбуждения совпадут (см. формулу 2.26).Таким образом, добиваясь совпадения положения изображений ионов производитсяподстройка частоты конверсии. К тому же малый угол между изображениями уменьша93Рисунок 4.21: Распределение ионов на позиционно-чувствительном детекторе приопределении “магнетронной” фазы для 40 Ca+ при времени накопления фазы 400 мс визмерительной ловушке установки SHIP-TRAP.Рисунок 4.22: Распределение ионов на позиционно-чувствительном детекторе приопределении “циклотронной” фазы для 40 Ca+ при времени накопления фазы 400 мс визмерительной ловушке установки SHIP-TRAP.94Рисунок 4.23: Зависимость размеров пятна изображения от напряжения квадрупольноговозбуждения для 40 Ca+ в измерительной ловушке установки SHIP-TRAP.ет ошибку, связанную с неперпендикулярностью плоскости детектора относительно осисекции дрейфа и несколько снижает влияние неточности определения положения центрана ошибку расчета угла.Для определения требуемой подстройки частоты конверсии можно использовать зависимость360∘ · + →=,(4.4) = + = = 360∘ · 360∘ · где это – полное число циклов, соответствующее времени накопления фазы при установленной частоте генератора квадрупольного возбуждения, равной .
Тогда для поправкиустановленной частоты, исходя из угла расхождения изображений, можно использоватькоэффициент[︂ ]︂ Гц=,(4.5) 1∘360∘ · который при проведении измерений с 40 Ca+ и при времени накопления фазы 400 мс былравен 6,8 мГц/1∘ .Настройка момента выпуска позволяет расположить изображения в удобном положениина детекторе (см. рисунки 4.21 и 4.22). Момент выпуска ионов должен быть гарантированпосле окончания конверсии, поэтому для запаса можно добавить несколько миллисекунд.Так как перед открытием ловушки ион движется с магнетронной частотой, то для подстройки положения используется коэффициент[︂ ]︂ 1∘360∘== 360∘ · ,(4.6)95Таблица 4.3: Зависимость размеров пятна изображения от напряжения квадрупольноговозбуждения для 40 Ca+ в измерительной ловушке установки SHIP-TRAP.Размер пятна изображения, ммАмплитуда8,6 В8,4 В8,2 В8,0 В7,8 В7,6 ВΔxΔy1,648 (59)1,509 (63)1,422 (48)1,455 (34)1,452 (59)1,711 (66)1,539 (56)1,306 (50)1,368 (48)1,460 (38)1,385 (56)1,606 (64)Частота 2 243 149,43 Гц, напряжение приложено в течение 7200 периодов, что составляетоколо 2,67 мс.и, так как частота магнетронного движения слабо зависит от иона, то для установки SHIPTRAP коэффициент (4.6) равен 0,48 1∘ /мкс.964.3Обработка полученных данныхДля точного определения массы иона недостаточно получить только одно отношениеистинной циклотронной частоты движения опорного иона к измеряемому.
Для компенсации погрешности разброса необходимо набрать достаточную статистику. Так как самичастоты при измерении с требуемой точностью, несколько изменяются со временем, то этонеобходимо учесть в процессе обработки.За один цикл в ловушке обычно оказывается более одного иона. Число ионов, захватываемых в ловушку, регулируется эффективностью ионного источника и, в некоторыхслучаях, длительностью открытия ловушки, при этом часть импульса ионов после источника не захватывается. Так как увеличение числа ионов в ловушке выше некоторогопредела приводит к увеличению погрешности (см. раздел 2.4.4), то события, соответствующие регистрации более 3-5 ионов на детекторе за один раз, в дальнейшей обработке неучитываются.На установке SHIP-TRAP обычно используется ограничение в 5 зарегистрированныхионов для обоих схем возбуждения, что соответствует примерно десяти ионам в ловушкедля каждого измерения.Рисунок 4.24: Снимок экрана программы Eva при аппроксимации времяпролетногоспектра 163 Dy16 O+ с использованием схемы Рамзи при обработке данных, полученных наустановке TRIGA-TRAP.Для определения истинной циклотронной частоты при помощи метода ионного циклотронного резонанса производится сканирование частоты квадрупольного возбуждения впределах1 = ±,(4.7).где .
– длительность приложения квадрупольного возбуждения, а – установленноезначение частоты возбуждения, близкое к истинной циклотронной частоте. Измеряется вре-97мя пролета по 20 точкам с шагом по частотеΔ =1.10 · .(4.8)Для каждого измерения частоты производится накопление порядка 20-30 измерений,что дает в результате около 1000 зарегистрированных ионов. На установке TRIGA-TRAPэто занимает чуть более часа.Полученные спектры аппроксимируются при помощи программного обеспечения Eva(см. рисунок 4.24). В программе производится расчет зависимости времени пролета ионапри расстройке частоты квадрупольного возбуждения на основании зависимости напряженностей магнитного и электрического полей вдоль траектории иона от ловушки до детектора.Рисунок 4.25: Снимок экрана программы PI-ICR CP при аппроксимации положения пятнаизображения “магнетронной” фазы движения иона 40 Ca+ после 400 мс накопления фазыпри обработке данных, полученных на установке SHIP-TRAP.При проведении измерений методом фазового отображения определяются координатыизображения конечной фазы движения иона (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
