Диссертация (1149639), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Затем после дополнительной выдержки для погашения аксиальной скорости засчет газа ионы переводятся в измерительную ловушку.После захвата ионов во второй ловушке подается импульс для демпфирования аксиального движения в течение 200 периодов на частоте аксиального движения в противофазе.Также в дополнение относительно методики при измерениях Xe, использовалось активное погашение начального магнетронного движения подачей импульса длительностью 8периодов на магнетронной частоте в противофазе движению ионов.Затем к остановленным в центре ловушки ионам применялось возбуждение для измерения по фазовому методу по схеме (2.20).
Производилось возбуждение на модифицированной циклотронной частоте ( 2 241 815.6 Гц, амплитуда 4,3 В, длительность 12 периодов,то есть 5,4 мкс) для вывода ионов на орбиту радиуса около 0,5 мм, а затем конверсия ихдвижения импульсом на истинной циклотронной частоте ( 2 243 150.1 Гц, амплитуда 8,2 В,длительность 1500 периодов, то есть 670 мкс) в магнетронное движение либо через 100 пе108риодов, либо через 220 000, что дает время накопления фазы 0,1 с. Ионы освобождались изловушки и фиксировалось их положение на позиционночувствительном детекторе.Набор данных производился по 5 минут для каждого нуклида по очереди, затем изменялось положение мишени, корректировалась мощность лазера для соответствующей частимишени и продолжался набор.Для обработки выбирались события не более чем с тремя зарегистрированными детектором ионами в импульсе.
Каждые 4 часа проверялись настройки демпфирования иконтролировалось положение центра изображения.5.2.3Результаты измеренийОпределение массы 48 Ca+ производилось относительно углеродного кластера C+4.Его масса с учетом энергии диссоциации Ediss = 18.0(1.7) eV [5] и энергии ионизацииEion = 11.0(7) eV [44] равна(C+4 ) = 4 · 12 − 1 · − Δ( ) + Δ( ) = 47.999 451 421 6 (20) .Рисунок 5.5: Отклонение от среднего отношение циклотронных частот 48 + и 12 4+ ,усредненных за каждый час измерения и погрешности.Для определения значения массы, весь массив данных был разделен на 45 промежутковдлительностью около одного часа.
Каждый пятиминутный интервал был так же разделенна 10 периодов по 30 секунд.Затем в рамках каждого часового интервала, частоты для опорного иона C+4 были аппроксимированы полиномом пятой степени P2 (t), в то время, как частоты для 48 Ca+ – ввиде P1 (t) = Rhour × P2 (t). Таким образом, был более точно учтен дрейф циклотроннойчастоты, связанный с дрейфом магнитного поля и некоторого ухода потенциалов ловушкиот времени.Данные значения отношений Rhour с учетом погрешностей (см.
рис. 5.5) были усреднены и получено окончательное значение отношения циклотронной частоты ион 48 Ca+ к109частоте C+4 = 1.000 990 101 75(35 )(17 )→/ = 0.39 и с учетом (48 Ca1+ ) = /(4+ ), массы электрона и их энергии связи атома(48 17+ ) = 47.943 204 044 (19) → / = 0.40 Полученное точное значение массы 48 Ca позволило произвести расчет g-факторов и ихизотопического сдвига. При известной (40 Ca17+ ) = 39.953 272 233 (22) → / =0.60 а так же .
(40 Ca17+ ) = 1.999 202 040 55 (10 )(12 )(110 ) → / =5.6 · 10−10. (48 Ca17+ ) = 1.999 202 028 85 (12 )(13 )(80 ) → / = 4.1 · 10−10 получаютсязначения изотопического сдвигаΔmeas. = meas. (40 Ca17+ ) − meas. (48 Ca17+ ) = 11.70 (0.24Γ )(1.38 ) · 10−9Δtheo. = theo. (40 Ca17+ ) − theo. (48 Ca17+ ) = 10.305 (0.027) · 10−9Полученное значение массы 48 Ca хорошо согласуется с предыдущими прямыми измерениями, и является на данный момент наиболее точным. Полученные на его основании значения изотопического сдвига в пределах погрешности совпадают с расчетными наоснове квантовой электродинамики, что открывает возможности расчетов по имеющимся методикам за пределами картины Фарри.
Результаты измерений иллюстрируют такжевозможности измерения масс легких ядер при помощи методики фазового отображения сточностью до нескольких десятков эВ.1105.35.3.1Определение Q-значения электронного захвата в 163Hoс помощью методики фазового отображенияЦели измеренияНейтрино, наверное, самая загадочная из частиц микромира. Не имея электрическогозаряда и не участвуя в сильном и электромагнитном взаимодействиях, нейтрино в основном проходят через вещество не взаимодействуя с ним.Массы нейтрино до сих пор остаются в Стандартной модели неизвестными величинами.
Изначально предполагалось, что их массы равны 0, но после наблюдения нейтринныхосцилляций можно утверждать , что нейтрино должно обладать ненулевой массой.Пока с достаточной точностью были проведены измерения только массы электронногоантинейтрино. Проведенные эксперименты в Майнце [9] и Троицке [20] дают верхнийпредел массы антинейтрино не более 2,3 эВ и 2,1 эВ, соответственно, с вероятностью95 %.Масса же нейтрино с 95 % вероятностью не превышает 225 эВ [16], то есть известнанамного менее точно.Для определения массы нейтрино удобно использовать такой нуклид, энергия распадакоторого минимальна.
Для подобных измерений хорошо подходит электронный захват прираспаде 163 Ho.Коллаборация ECHo [29] планирует улучшить эту оценку вплоть до 2 эВ. Для этогопланируется применить массив криогенных микрокалориметров для снятия спектра электронного захвата.Рисунок 5.6: Микрокалориметрический спектр электронного захвата в 163 Ho.Если для определения массы антинейтрино производилось изучение формы концасплошного спектра при -распаде, то для массы нейтрино изучается дискретный спектр-захвата.
В спектре -захвата (см. рисунок 5.6) присутствуют резонансы, связанные с соответствующими энергиями связи атомных электронов, с орбит которых происходит захват.Резонансы можно описать формулой Брейта-Вигнера, а весь спектр как111∑︁√︀ · Γ /2∝ ( − ) ( − 2 ) − 2 ×.2 + Γ2 /4(−)Сила отдельных резонансов рассчитывается теоретически через квадрат волновойфункции атома, ядерные матричные элементы и поправки от перекрытия волновых функций начального и конечного состояний [14].Рисунок 5.7: Q-значения электронного захвата в 163 Ho, полученные в несколькихэкспериментах из анализа процесса электронного захвата.Для расчета массы нейтрино из конечного участка спектра важную роль играет значение Q величины, то есть разности масс нуклидов, связанных электронным захватом.Был проведен ряд измерений Q величины распада 163 Ho (см.
рисунок 5.7). но при этомболее старые измерения с использованием пропорциональных счетчиков и накопительныхколец давали значения около 2,5 кэВ, а более новые измерения с использованием микрокалориметров дают около 2,8 кэВ.Такой разнобой в значениях Q совершенно неприемлем, так может привести к существенно различающимся массам нейтрино.Для достижения желаемой точности определения массы нейтрино требуется определить значение Q величины с точностью не хуже 1 эВ. Это возможно сделать на сверхточных ловушках Пеннинга, оптимизированных для офф-лайн измерений стабильных нуклидов, например на перспективной установке PENTA-TRAP, строящейся в институте МаксаПланка в Гейдельберге,или FSU во Флориде (США).Таким образом, возникла задача проверки разности масс 163 Ho и 163 Dy с помощьюловушек Пеннинга – метода, который является на сегодняшний день прямым и высокопрецизионным, не имеющим аналогов по точности. Требовалось отработать на существующихустановках работу с полученным препаратом холмия для получения достаточного количества ионов для проведения измерений.Эти задачи были решены в процессе проведения экспериментов на установках TRIGATRAP и SHIP-TRAP.1125.3.2Предварительные измерения Q-величины и абсолютной массыдля 163 Ho на установке TRIGA-TRAP163Ho не встречается в природе и для проведения измерений требуется его специальное получение, обеспечивающее химическую чистоту и моноизотопность материала.
Длядостижения точностей экспериментов, необходимых для нейтринной физики, требуется,прежде всего, получение весьма химически чистого холмия. Искомый холмий может бытьполучен двумя методами: облучением тепловыми нейтронами 162 Er или облучением протонами природного диспрозия [24].В настоящей работе измерения проводились с препаратом, полученным в результатереакции162( , )()Er −−−→ 163 Er −−→ 163 Ho.30 мг эрбия были обогащены до 20 % 162 Er и химически очищены от лантаноидов.Затем образец на 50 дней был помещен в реактор под нейтронный поток реактора ILL вГренобле (Франция), равный 1,5 · 1015 1/cm2 с.Затем, после четырехмесячного периода выдержки, холмий был отделен от лантаноидовпри помощи хроматографии. При проверке с использованием -спектроскопии не быловыявлено примесей тяжелее 166m Ho.В результате был получен образец с содержанием 1.6 · 1018 атомов 163 Ho с примесью неболее 0,2 % 163 Dy.Рисунок 5.8: Времяпролетный спектр образца на МКП перед ловушками.
Видны пики,соответствующие углеродным кластерам от подложки из сиградура, а также от ионовхолмия и оксида холмия.Для создания мишени часть образца была растворена в азотной кислоте, и полученныйраствор перенесен на поверхность мишенного устройства. На установке TRIGA-TRAP использовался метод лазерной нерезонансной ионизации. Сам ионный источник описан вразделе 3.3.1.В качестве мишени использовались диски из сиградура (см. рисунок 3.19). На поверхности были нанесены по две капли нитрида холмия и диспрозия. В каждой капле было113порядка 3 · 1016 атомов. При этом образовывались ионы холмия или диспрозия в зависимости от облучаемой лазерным лучем точки мишени, а также монооксидов холмия илидиспрозия и углеродных кластеров (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
