Диссертация (1149639), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В случае применения схемы Рамзи (см. рисунок 2.4), длительность первого импульса квадрупольного возбуждениясоставляла 10 мс, затем выдерживалась пауза длительностью 180 мс, и подавался второйимпульс в течение последних 10 мс.Истинная циклотронная частота для каждого иона определялась напрямую через уголмежду положениями “магнетронной” и “циклотронной” фаз (см. рисунок 5.1).Временные диаграммы приложения возбуждений для этого метода схематически показаны на рисунке 2.20.В процессе дипольного возбуждения на модифицированной циклотронной частоте ионы выводились на радиус движения порядка 1 мм.Измерения положения центра проводились до и после измерений, но его положениясо временем изменяется незначительно (см. рисунок 2.19) и частое его определения неприводит к существенному увеличению точности определения частот.При определении углового положения изображений конечных точек “магнетронной”и “циклотронной” фаз движения (см.
рисунок 5.1) производилось накопление данных втечение 5 минут. За это время в обоих пятнах в сумме было накоплено порядка 800 ионов.Затем распределения N(x) и N(y) для каждого пятна были аппроксимированы гауссианами. По полученным координатам были рассчитаны истинные циклотронные частоты103 (129 Xe+ ) и (130 Xe+ ). Процесс расчета описан в разделе 4.3.Для расчета отношения частот= (129 Xe+ ) (130 Xe+ )частоты (129 Xe+ )(1 ) и (130 Xe+ )(2 ) линейно интерполировались к моменту измерения2 :2 − 13 − 2 129 + ( Xe )(3 ).3 − 13 − 1Рассчитанные значения отношений = (129 Xe+ )/ (130 Xe+ ) показаны на рисунке 5.2. (129 Xe+ )(2 ) = (129 Xe+ )(1 )Рисунок 5.2: Отношения истинных циклотронных частот и средние значения в диапазонеих погрешностей, показанные заштрихованными областями для 129 Xe+ – 130 Xe+ [19],полученные в процессе проверки применимости методики фазового отображения приподготовке к измерениям разности масс 187 Re и 187 Os для космохронологии [2].Синим цветом представлены результаты измерений по методу фазового отображения, акрасным – с использованием схемы Рамзи.Для полученных значений отношений были расчитаны средние взвешенные, равные вслучае времяпролетного метода по схеме РамзиToF−ICR = 1.007 747 838 9 (7 3)иPI−ICR = 1.007 747 831 6 (2 0)при использовании метода фазового отображения.На основе этих отношений и на основе формулы (1.1) были рассчитаны разности массΔSHIP−TRAP = (130 Xe+ ) − (129 Xe+ )и было проведено их сравнение с разностью масс ионов, измеренной с высокой точностьюна установке FSU: ΔFSU − ΔSHIP−TRAP .
В результате получились значенияToF−ICRΔFSU − ΔSHIP−TRAP= −690 (880) эВPI−ICRΔFSU − ΔSHIP−TRAP=104180 (240) эВ.Для пары 131 Xe+ − 132 Xe+ измерения проводились аналогично паре 129 Xe+ − 130 Xe+ , нобыла набрана несколько большая статистика, что позволило увеличить точность. Производилось измерение разности масс с использованием только методики фазового изображения,а затем полученный результат сравнивался с данными, полученными на FSU. Измеренноеотношение частот равно [2] = (131 Xe+ )/ (132 Xe+ ) = 1.007 632 057 62 (20)(12),что соответствует разности масс, равнойToF−ICRFSU − ΔSHIP−TRAP= −690 (880) эВдля другой пары ксенонов и, в результате, разность масс с измерениями равнаΔ (132 Xe+ ) − (131 Xe+ ) = 930 628 611 (25)(15) эВ.В результате получившееся отклонение измеренной величины разности масс от значения, полученного на установке FSU для этой пары составилоPI−ICRΔFSU − ΔSHIP−TRAP= 7 (32) эВ.Таким образом, удалось подтвердить возможность высокоточного определения масснуклидов методом фазового отображения на установке SHIP-TRAP.
Также удалось показатьчетырехкратное увеличение точности при переходе от времяпролетного метода определения циклотронной частоты, используя схему Рамзи, к методу фазового отображения приодинаковых условиях.1055.25.2.1Измерения массы 48Ca для задач квантовой электродинамикиЦели измеренияДля фундаментальной атомной физики крайне важно детальное понимание взаимодействия электрона в связанном состоянии с ядром [19]. На основании измерений изотопических сдвигов возможно как получение данных о радиусе распределения заряда ядра,так и выход к альтернативным расчетам фундаментальных констант, таких как постояннаяслабого взаимодействия или масса электрона .Недавно были проведены расчеты изотопического сдвига g-фактора связанного электрона в высокозарядных ионах 40 и 48 , а также был определен изотопический сдвигg-фактора для литий-подобных ионов с высокой точностью [8]. Однако для возможности.
Ессравнения теоретического и измеренного сдвигов, требуется знание массы ионов 404017+ли масса уже была известна с высокой точностью: ( ) = 39.953 272 233 (22) с относительной точностью / = 0.6 [9, 43], то для 48 это было сделано на установке SHIP-TRAP [19].Электронный g-фактор – это коэффициент пропорциональности между магнитным моментом электрона и его спином, выраженным в единицах магнетона Бора:def =~,2 = s~и зависит, в том числе, от внешних полей. Обычно при расчетах применяется приближениеФарри: рассматривается задача определения g-фактора электрона в поле ядра без учетавлияния электрона на само ядро.
Наибольшее влияние на g-фактор оказывает кулоновскоевзаимодействие с зарядом ядра.Таблица 5.1: Расчет изотопического сдвига g-фактора Δ = (40 17+ ) − (48 17+ ) [19]ЭффектОтдача ядра: один электрон не КЭД ∼ /Отдача ядра: один электрон не КЭД ∼ ( / )2Отдача ядра: один электрон КЭД ∼ /Отдача ядра: один электрон КЭД ∼ ( / )1Отдача ядра: междуэлектронное взаимодействиеКонечный размер ядраПолный теоретический [Δ = (40 +17 ) − (48 +17 )]вклад в Δ / 10−912.246-0.0060.123-0.009(1)-2.051(25)0.004911)10.305(27)Если мы хотим увидеть более тонкие эффекты, то для двух ядер заряд и распределение заряда должны быть одинаковы. Для изучения изотопического сдвига g-фактора оченьудобна пара 40 Ca и 48 Ca, так как при большой относительной разности масс ядер радиусыраспределения заряда в них практически равны. (40 Ca) = 3.4776 (16) и . (48 Ca) = 3.4771 (20)для 40 Ca17+ и 48 Ca17+ соответственно [17], что приводит к тому, что изотопический сдвигg-фактора определяется на 99,96% другими, более тонкими явлениями.Точные расчеты изотопического сдвига g-фактора в зависимости от массы иона с использованием аппарата квантовой электродинамики с уточнениями вне картины Фарри106Рисунок 5.3: Схема измерения изотопического сдвига g-факторов.были проведены на кафедре квантовой механики Санкт-Петербургского государственного университета.
Точные измерения изотопического сдвига были сделаны в университетеИоганна Гутенберга в Майнце.Определение g-факторов производилось через определение Ларморовской частоты облучением одиночного иона в ловушке СВЧ-импульсом с последующим контролем в ловушке с градиентом магнитного поля факта переворота спина. Параллельно производилсяконтроль величины магнитного поля по значению магнетронной частоты, определяемойпо принципу фурье-преобразования считанного тока от изменения заряда изображения отдвижения иона в ловушке на ее сегментах центрального электрода (см.
рис. 5.3).В данном случае величина g-фактора выражалась как=2 , где и – Ларморовская и циклотронная частоты иона в магнитном поле, и –заряды исследуемого иона и электрона, а и – массы электрона и иона. Такимобразом, для точного определения g-факторов требовалось знание массы ионов с высокойточностью.5.2.2Методика измеренийИзмерение массы ионов кальция, необходимое для точного определения изотопическогосдвига, производилось на установке SHIP-TRAP в GSI (см. раздел 3.2). Для определенияциклотронных частот применялся метод фазового отображения (см. раздел 2.3).В качестве опорного источника использовался углеродный кластер 12 C+4 . Ионы получались при помощи лазерной ионизации (см. раздел 3.3.1) Nd:YAG лазером образца обогащенного 48 Ca или порошка фуллерена для получения углеродного кластера.107Использовать сиградуровую пластину для получения углеродных кластеров не удалосьв связи с крайне низким выходом легких кластеров.
Также были проведены измерения для40Ca при помощи того же источника.На столе лазерного источника в вакуумной камере были закреплены облучаемые образцы. Стол источника поворачивался при помощи шагового двигателя через манипулятор, итаким образом производилось переключение облучаемого образца.Импульс лазера запускался с одного из выходов ПЛИС, на которой построена системасинхронизации установки. Затем полученные ионы вытягивались из области источника ичерез 2 поворотных квадруполя загружались в подготовительную ловушку.Грубая селекция производилась за счет времени пролета ионов от источника до первойловушки. Также за счет варьирования времени открытия подготовительной ловушки и ненулевой длительности импульса ионов от источника есть возможность грубой подстройкичисла ионов в ловушках.Счетность настраивалась за счет коррекции мощности лазера за счет его встроенногоаттенюатора с помощью дистанционного привода на основе шагового двигателя.Рисунок 5.4: Схема установки SHIP-TRAP при измерении массы ионов кальция.После загрузки ионов в подготовительную ловушку производился стандартный алгоритм очистки и торможения ионов: одновременно подавался импульс на магнетроннойчастоте для увеличения радиуса и импульс на истинной циклотронной частоте для конверсии движения изучаемых ионов в быстрое модифицированное циклотронное, котороебыстро затухает в газе и ионы концентрируются в центре ловушки.Конвертирующий импульс подается значительно дольше магнетронного, в течение 0,5секунды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
