Диссертация (1149639), страница 17
Текст из файла (страница 17)
раздел 2.3). Измерения в основном производятся по методу прямого измерения истинной циклотронной частоты (см. раздел 2.3.2).Предварительно определяются положения центров движения для измеряемого и опорного ионов. Для близких масс положения центров одинаковы в рамках погрешности. Затемпроизводится накопление данных. Обычно для одного определения истинной циклотрон98ной частоты иона производится накопление данных в течение 5-6 минут. За это времяудается набрать около 500 ионов для каждого пятна за примерно 600 регистраций.Полученные распределения изображений аппроксимируются при помощи программыPI-ICR CP (см. рисунок 4.25) распределениями Гаусса по каждой из координат. Погрешностью положения по координате берется погрешность положения центра аппроксимированного приближения.
На основе полученных данных с учетом времени накопления фазыв периодах сигнала квадрупольного возбуждения и установленной частоты конверсии производится расчет истинной циклотронной частоты.Рисунок 4.26: Полученные значения отношения циклотронных частот для иона 249 Cf 16 O+относительно углеродного кластера 12 C+22 с использованием схемы Рамзи при обработкеданных, полученных на установке TRIGA-TRAP. Черной линией отмечено полученноесреднее взвешенное значение, красной линией предыдущее известное значение спогрешностями.Вначале рассчитывается угол между изображениями “магнетронной” и “циклотронной”фаз.
Для этого рассчитываются проекции на координатные оси радиус-векторов конечныхфаз движения√︀√︀Δ = ( − ) ± 2 + 2Δ = ( − ) ± 2 + 2 .(4.9)Угловое положение “магнетронной” и “циклотронной” фаз рассчитывается как√︃(︂)︂22 + 222ΔΔ2 ( ) + Δ ( + ) = arctan, =(4.10)2ΔΔ2 + Δ√︃(︂)︂22 (2 + 2ΔΔ2 (2 + ) + Δ ) = arctan, =, (4.11)22ΔΔ + Δа угол между ними равенΔ = − ,Δ =√︀2 + 2 .(4.12)Индексы , и соответствуют магнетронной, циклотронной фазам движения иположению отображения центра [4].99Истинная циклотронная частота определяется как = 2 · + 2 · = Δ.2 · (4.13)При расчете отношения частот учитывается возможность дрейфа со временем истинной циклотронной частоты. Для компенсации этого измерения опорного иона производятсядо и после измерения циклотронной частоты интересующего иона. И далее производитсячередование измерений.
Таким образом, до и после каждого измерения истинной циклотронной частоты изучаемого иона производятся измерения с опорным.Наиболее простым способом является линейная интерполяция по циклотронной частоте опорного иона ко времени середины измерения изучаемого иона. Затем для полученных значений отношений истинных циклотронных частот находится среднее взвешенное(см. рисунок 4.26), а также внешняя и внутренняя погрешности.Подобная система расчета применяется при обработке данных на установке TRIGATRAP.
Рассчитывается среднее взвешенное для 20-30 отношений за несколько дней измерений.На установке SHIP-TRAP применяется более сложный метод. Значительно меньшеевремя измерений позволяет получать значение отношения частот уже через 15 минут измерений, а не 3 часа, как в случае TRIGA-TRAP.Предварительные значения отношений масс ионов можно уже получить после четырехчасов измерения, и удобно весь массив данных также разбить на четырехчасовые блоки.Между ними производится контроль настроек и подстройка подавления начального движения, уточняется положение изображения центра ловушки. Можно подкорректироватьустановленную частоту квадрупольного движения, взяв ее из расчета средней частоты напредыдущем четырехчасовом отрезке.Рисунок 4.27: Коэффициенты масс-зависимой поправки, рассчитанные для различных пар12 +углеродных кластеров 12 C+C25 , полученных на установке TRIGA-TRAP.
Черной21 –линией отмечено полученное среднее взвешенное значение.Для предварительного расчета отношений для контроля хода измерений применяетсяаналогичный метод линейной аппроксимации циклотронной частоты опорного иона к се100редине времени измерения для исследуемого.Для более точного определения отношения для каждого четырехчасового промежутка зависимость циклотронной частоты ионов от времени аппроксимируется полиномом,причем для измеряемого иона значения домножаются на отношение R (см. рисунок 5.13).Затем определяется среднее взвешенное от отношений, полученных для каждого четырехчасового окна. Эта величина и берется в качестве конечного результата.При использовании опорного иона, достаточно удаленного по массе от измеряемого,можно ввести масс-зависимую поправку к отношению, учитывающую небольшие отклонения в истинной циклотронной частоте.Исправленное отношение при этом расчитывается как = (1 + ( − )),(4.14)где и – отношения частот до и после коррекции, а – коэффициент.
Его значениерассчитывается из необходимой поправки для пары ионов с хорошо известной массой.Например, для углеродных кластеров.Если измерить отношение частот = 1 /2 для пары ионов хорошо известнымимассам 1 и 2 и истинным отношением их циклотронных частот , то⃒⃒√︃⃒⃒222⃒ + ⃒⃒ − ⃒(4.15), = ⃒ ·+ 2 ⃒.=(2 − 1 )( − )2 ⃒⃒После определения коэффициентов для масс-зависимой поправки для нескольких паропорных ионов в интересующем диапазоне значений масс (см. рисунок 4.27) можно найтиих среднее взвешенное и затем использовать эту поправку при анализе данных.101Глава 5Результаты экспериментов5.1Измерение разностии 131Xe+ − 132Xe+массионов129Xe+ − 130Xe+Для проверки новой методики измерения на основе фазового отображения необходимобыло провести тщательные измерения масс нуклидов с хорошо известными значениями.Кроме того, измеряемый ион должен был быть легко получаемым.Для этого была выбрана пары ионов 129 Xe+ − 130 Xe+ и 131 Xe+ − 132 Xe+ .Их массы были недавно измерены с очень высокой точностью на установке FSUTRAP [38].
Это установка на базе криогенной ловушки Пеннинга, позволяющая производить сверхточные офф-лайн измерения легко доступных нуклидов, имеющихся в природной смеси изотопов. При измерении разности масс ксенонов ими была достигнута точностьпорядка 10 эВ.Измерения проводились на установке SHIP-TRAP [5], описанной в разделе 3.2. Схемаустановки при проведении офф-лайн измерений показана на рисунке 3.11.Для получения ионов был использован газовый ионный источник заводского изготовления.
Он был подключен на вход РЧК.Так как 129 Xe, 130 Xe, 131 Xe+132 Xe+ содержатся в природном ксеноне, то не было необходимости в особом способе создания смеси для подачи в источник.Природный ксенон из баллона подавался через редуктор на контроллер потока. Былустановлен поток 5 · 10−6 л/с мбар.Затем поток газа продувался через область электрической дуги, где ударно ионизировался, и полученные ионы вытягивались электрическим полем через зону дифференциальнойоткачки в РЧК.Настройка потока ионов производилась грубо за счет подстройки потока газа на входев источник и тонко регулировалась изменением тока ионизирующей дуги.Ионный источник работал непрерывно, при этом ионы накапливались и охлаждались вРЧК, откуда при подаче импульса открытия выпускались к ловушкам.Предварительная масс-сепарация осуществлялась за счет настройки времен открытия и закрытия подготовительной ловушки, а окончательное выделение требуемогоиона перед загрузкой в измерительную ловушку осуществлялось при помощи методамасс-селективного охлаждения ионов в газонаполненной ловушке, описанному в разделе 1.2.4.
Поток буферного газа в подготовительную ловушку был установлен равным3 · 10−3 л/с мбар.Были произведены измерения по новой методике фазового отображения, описанной вразделе 2.3.2, и по методу времяпролетного ионного циклотронного резонанса с использованием схемы Рамзи (см. радел 2.1).102Рисунок 5.1: Изображения магнетронной и циклотронной фаз движения 130 Xe+ в ловушке.Справа – проекции распределений попаданий ионов на детектор по оси X и Y,соответственно, для фазы модифицированного циклотронного движения,аппроксимированные гауссианами.Настройка измерительной ловушки производилась по методикам, описанным в разделе 4.2.Так как это были первые измерения по методу фазового отображения, то процесс былнесколько упрощен: активное подавление начального магнетронного движения после загрузки иона в ловушку не применялось.
Также не применялась термостабилизация быстропереключаемых двухуровневых источников напряжения. Связанный с нестабильностьюэлектрического поля дрейф частот движения иона в ловушке был выявлен в процессе этихизмерений.Было использовано время накопления фазы, равное 200 мс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
