Эксперимент с электромагнитным спектрометром ISOLDE
| Список экспериментальных установок ISOLDE | |
|---|---|
| COLLAPS , CRIS , EC-SLI , IDS , ISS , ISOLTRAP , LUCRECIA , Miniball , MIRACLS , SEC , VITO , WISArD | |
| Другие удобства | |
| Врачи | Медицинские изотопы, собранные из ISOLDE |
| 508 | Лаборатория физики твердого тела |
Эксперимент на электромагнитном спектрометре ISOLDE ( ISS ) представляет собой постоянную экспериментальную установку, расположенную на установке ISOLDE в ЦЕРН . С помощью бывшего МРТ магнита пучки тяжелых радиоактивных ионов (РИБ), создаваемые постускорителем HIE-ISOLDE, направляются на легкую мишень и измеряется кинематика реакции. Цель эксперимента — измерить свойства атомных ядер, повторяющие условия, присутствующие в некоторых астрофизических процессах, таких как образование химических элементов в звездах. [1] [2] Эксперимент также даст результаты, которые позволят лучше понять нуклон -нуклонные взаимодействия в крайне нестабильных, очень радиоактивных (экзотических) ядрах. [1]
Эксперимент МКС был полностью сдан в эксплуатацию в 2021 году и завершился во время длительного останова-2 . [2]
Фон
[ редактировать ]Обычные эксперименты по производству нуклидов проводятся путем бомбардировки целевых материалов протонами или нейтронами и анализа полученных изотопов после облучения . Это ограничивает анализ механизма реакции, поскольку из-за задержки по времени не наблюдаются короткоживущие продукты. [3] [4] Альтернативным методом является инверсная кинематика, основанная на бомбардировке водородной мишени тяжелыми снарядами . Продукты и кинематика этих реакций могут быть обнаружены детекторами в полете . [5]
Значение Q для ядерной реакции показывает количество энергии, поглощенной или высвободившейся в реакции. Об измерении этой величины можно судить по энергии частиц, испускаемых в реакции. По угловому распределению выхода реакции углового момента энергию возбуждения остаточного ядра и его квантовое число можно определить . Из-за используемого метода обратной кинематики на разрешение измерений влияют релятивистские эффекты, особенно когда центр масс движется с большой скоростью в лабораторной системе отсчета. [2]
Простые реакции с радиоактивными пучками можно изучать, используя концепцию обратной кинематики с помощью спектрометра спиральной орбиты (ГЕЛИОС). Внутри магнитного соленоида с однородным полем частицы следуют по винтовым траекториям после вылета из мишени, совмещенной с магнитной осью магнита. После одного витка частицы возвращаются на ось и могут быть обнаружены, что предотвращает эффекты кинематического сжатия. [6] [7] [2] Эта конструкция работает для легких заряженных частиц , испускаемых во время ядерных реакций. [8]
Экспериментальная установка
[ редактировать ]Установка ISOLDE производит РИБ путем бомбардировки протонами из протонного синхротронного ускорителя (PSB) мишени для производства изотопов. Интересующие лучи, выбранные по химическому составу и массе, затем ионизируются и ускоряются, прежде чем попасть на мишень из тяжелого водорода . МКС используется для измерения кинематики реакций. [2] [9]
МКС представляет собой шестиугольную трубку с кремниевыми датчиками, расположенную вдоль оси соленоидного магнита с силой тока 4 Тл. [10] Эта конфигурация основана на конфигурации спектрометра HELIOS , поэтому кинематическое сжатие отсутствует. [11] Магнит формально использовался для целей МРТ и был получен из больницы Университета Квинсленда . [9] Полная напряженность магнитного поля в настоящее время не может быть использована из-за ограничений установки ISOLDE в 2,5 Тл, хотя планируется увеличить этот предел. [12]
Используемые кремниевые датчики представляют собой 24 двусторонних стрип-детектора, разработанных для обеспечения разрешения по значению добротности, приближающегося к 20 кэВ. Матрица гексагональной структуры состоит из трех отдельных модулей с восемью детекторами в каждом. [10] Массив также включает в себя четыре детектора DSSSD с каждой стороны, одна из которых соединена с кремниевыми пластинами. [13]
Мишенью, используемой для исследования реакций слабыми пучками, является активная мишень под названием SpecMAT. [14] В нем используется камера проекции времени (TPC), внутренний объем которой заполнен определенной газовой смесью в зависимости от ядер газа, необходимых для проведения желаемой реакции. [15] ТПК соединен с высокогранулированным газовым детектором и цилиндрическим формирователем электрического поля . SpecMAT собирает 3D-треки и кинематику для каждого события реакции. [16] Вокруг SpecMAT массив сцинтилляционных детекторов ( CeBr3 ) выполняет детальную гамма- спектроскопию ядерных состояний. [14]
Результаты
[ редактировать ]Первыми результатами эксперимента на МКС стало исследование нейтронной структуры 207Hg ранее неизученного изотопа . После анализа были определены энергии связи ядерных орбиталей и использованы для проверки теоретических моделей. [17] [18]
Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Соленоидальный спектрометр ISOLDE - Физический факультет - Ливерпульский университет» . www.liverpool.ac.uk . Проверено 25 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д и «Соленоидальный спектрометр ISOLDE (ISS): новый инструмент для изучения экзотических ядер» . Новости ЭП . Проверено 25 июля 2023 г.
- ^ Кастен, РФ; Босанг, CW (01 января 2003 г.), «Гамма-спектроскопия» , в Мейерсе, Роберт А. (редактор), Энциклопедия физических наук и технологий (третье издание) , Нью-Йорк: Academic Press, стр. 433– 454, номер домена : 10.1016/b0-12-227410-5/00273-8 , ISBN 978-0-12-227410-7 , получено 26 июля 2023 г.
- ^ Чакрабарти, Алок; Наик, Вайшали; Дечоудхури, Сиддхартха (30 июня 2021 г.). Пучки редких изотопов: концепции и методы . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4987-8879-3 .
- ^ «Инверсная кинематика» . www-windows.gsi.de . Проверено 26 июля 2023 г.
- ^ Вуосмаа, АХ; Шиффер, JP; Назад, ББ; Листер, CJ; Рем, Кентукки (11 октября 2007 г.). «Соленоидный спектрометр для реакций обратной кинематики» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 580 (3): 1290–1300. дои : 10.1016/j.nima.2007.07.029 . ISSN 0168-9002 .
- ^ «Аргоннский физический отдел — АТЛАС» . www.phy.anl.gov . Проверено 26 июля 2023 г.
- ^ «Соленоидальный спектрометр (ИСС) ИЗОЛЬДЕ | ИЗОЛЬДЕ» . isolde.cern . Проверено 26 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б «Вышедший на пенсию МРТ-сканер обретает новую жизнь, изучая звезды» . ЦЕРН . 21 июля 2023 г. Проверено 26 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Землянсак, Дарья (22 сентября 2022 г.). «Онлайн-визуализация данных для электромагнитного спектрометра ISOLDE» (PDF) . ИЗОЛЬДА .
- ^ Лензи, Сильвия М.; Кортина-Хиль, Долорес (25 августа 2022 г.). Еврошкола по экзотическим балкам, Том. VI . Спрингер Природа. ISBN 978-3-031-10751-1 .
- ^ «Магнит | Соленоидальный спектрометр ISOLDE» . isolde-solenoidal-spectrometer.web.cern.ch . Проверено 26 июля 2023 г.
- ^ «Матрица Si-детекторов | Соленоидальный спектрометр ISOLDE» . isolde-solenoidal-spectrometer.web.cern.ch . Проверено 26 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Полещук О.; Раабе, Р.; Черути, С.; Сеулеманс, А.; Де Витте, Х.; Марчи, Т.; Ментана, А.; Рефсгаард, Дж.; Ян, Дж. (01 ноября 2021 г.). «Активная цель SpecMAT» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 1015 : 165765. дои : 10.1016/j.nima.2021.165765 . ISSN 0168-9002 . S2CID 239635758 .
- ^ Раабе, Риккардо (2022), Лензи, Сильвия М.; Кортина-Хил, Долорес (ред.), «Исследования ядерной структуры с активными мишенями» , Еврошкола по экзотическим лучам, Том. VI , Конспект лекций по физике, вып. 1005, Чам: Springer International Publishing, стр. 209–243, номер документа : 10.1007/978-3-031-10751-1_6 , ISBN. 978-3-031-10750-4 , получено 26 июля 2023 г.
- ^ Кандиелло, Анита (2022). «Характеристика активной мишени SpecMAT для реакции переноса α(86Kr,3He)87Kr» (PDF) . Университет Дельи Студи ди Падуя .
- ^ «ИЗОЛЬДА вступает в неизведанную область ядерной карты» . ЦЕРН . 21 июля 2023 г. Проверено 25 июля 2023 г.
- ^ Тан, TL; Кей, БП; Хоффман, ЧР; Шиффер, JP; Шарп, ДК; Гаффни, LP; Фриман, С.Дж.; Мампауэр, MR; Арокиарай, А.; Баадер, Э.Ф.; Батлер, Пенсильвания; Кэтфорд, Западная Нью-Йорк; де Анжелис, Г.; Флавиньи, Ф.; Готт, доктор медицины (13 февраля 2020 г.). «Первое исследование структуры нейтронной оболочки ниже свинца и за N = 126» . Письма о физических отзывах . 124 (6): 062502. arXiv : 2001.00976 . doi : 10.1103/PhysRevLett.124.062502 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 32109128 .