эксперимент КРИС
| 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 по коллинеарно-резонансной ионизационной спектроскопии ( CRIS ) расположен на установке ISOLDE в ЦЕРНе . Целью эксперимента является изучение свойств основного состояния экзотических ядер и создание изомерных пучков высокой чистоты, используемых для изучения распада. CRIS делает это, используя технику высокого разрешения коллинеарной лазерной спектроскопии с быстрым лучом и высокоэффективную технику резонансной ионизации . [1] [2]
Фон
[ редактировать ]Методика коллинеарно-ионизационной спектроскопии быстрого пучка представляет собой объединение двух традиционных подходов к лазерной спектроскопии: спектроскопии резонансной ионизации в источнике и коллинеарной лазерной спектроскопии быстрого пучка с обнаружением флуоресценции . [3]
Резонансно-ионизационная спектроскопия основана на ступенчатой фотоионизации лазерного света , в которой используются перестраиваемые лазеры для согласования энергии фотонов с атомным переходом элемента. Фотоны будут резонансно поглощаться, если свет падает на атомный луч. Используя серию точно настроенных лазеров, электрон будет возбужден через структуру энергетических уровней почти до потенциала ионизации элемента. Затем элемент можно ионизировать до автоионизирующего состояния или нерезонансного состояния ионизации. [4] [5] Этот метод обеспечивает элементную селективность при ионизации и изотопную селективность при измерении, поскольку настроенный лазерный свет не влияет на другие элементы. [6]
Коллинеарная лазерная спектроскопия быстрого луча с обнаружением флуоресценции - это метод высокого разрешения, который позволяет выявить сверхтонкую структуру и изотопический сдвиг атомного перехода. [7] Это делается путем наложения двух лучей: ионного или атомного луча и узкополосного лазерного луча. При резонансе луч сканируется, флуоресцентные фотоны испускаются и собираются детектором фотонов . [8] Быстрый луч, используемый в этом методе, ограничивает распределение кинетических энергий и уменьшает доплеровское уширение резонансного пика. [9]
Экспериментальная установка
[ редактировать ]
CRIS изгибает сгруппированные радиоактивные лучи, которые были ускорены, разделены по массе и охлаждены до комнатной температуры, произведенные на установке ISOLDE, и направляет их так, чтобы они перекрывались в пространстве и времени с импульсными лазерными лучами. [1] Заполненная щелочью . ячейка перезарядки (CEC) используется для нейтрализации ионного пучка перед его направлением через область дифференциальной накачки и дефлекторные пластины [10] Здесь остаточные ионы, не нейтрализованные, отклоняются и сбрасываются, а нейтральный пучок поступает в область взаимодействия, находящуюся в сверхвысоком вакууме (10 −10 мбар). [11] [12]
В области взаимодействия атомы резонансно ионизируются лазерами, а затем отклоняются через горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины. Сканирование узкого диапазона частот лазеров при мониторинге скорости счета ионов дает спектр сверхтонкой структуры атома. [13]
Ионы подсчитываются с помощью ионного детектора MagneToF (ранее использовалась микроканальная пластина ), а в конце линии луча станция спектроскопии распада (DSS) позволяет CRIS проводить измерения распада изотопов. [14] [11]
Результаты
[ редактировать ]До эксперимента CRIS первая демонстрация новой технологии коллинеарной резонансной ионизации быстрым пучком на установке ISOLDE привела к эффективности 0,001% из-за низкого рабочего цикла . [15] В 2008 году в эксперименте CRIS было предложено реализовать эту методику для одновременного достижения высокой эффективности и разрешения. [11] С тех пор эксперимент продемонстрировал экспериментальную эффективность 1%. [10]
В 2012 году эксперимент CRIS провел первые чувствительные измерения изотопов франция и обнаружил хорошее согласие с модельными предсказаниями его ядерной структуры. [16] С тех пор эксперимент позволил проводить более точные измерения структуры ядра, включая зарядовые радиусы, электромагнитные дипольные и квадрупольные моменты, а также изотопические сдвиги. [1]
С 2020 года эксперимент CRIS работает над новым подходом к изучению короткоживущих радиоактивных молекул. [17] Эти радиоактивные молекулы являются многообещающими зондами для открытия новой физики. [17] [18]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Страница CRIS на веб-сайте ЦЕРН
- Страница CRIS на веб-сайте объекта ISOLDE
- Интервью с Гердой Нейенс об эксперименте CRIS (канал CERN на YouTube)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «КРИС | ИЗОЛЬДА» . isolde.web.cern.ch . Проверено 14 июля 2023 г.
- ^ Фланаган, Киран (апрель 2013 г.). «CRIS: новое чувствительное устройство для лазерной спектроскопии экзотических ядер» . Новости ядерной физики . 23 (2): 24–26. Бибкод : 2013NPНовый..23...24F . дои : 10.1080/10619127.2013.793094 . ISSN 1061-9127 . S2CID 120041351 .
- ^ Атанасакис-Какламанакис, Михаил; Рейли, Джордан Р.; Кошорус, Агота; Уилкинс, Шейн Г.; Лаланн, Луи; Гельдхоф, Сарина; Николс, Миранда; Ван, Цюаньцзюнь; Борн, Брэм ван ден; Чорлтон, Дэвид; Коколиос, Томас Э.; Фланаган, Киран Т.; Руис, Рональд Ф. Гарсия; де Гроот, Рубен; Хансторп, Даг (март 2023 г.). «Сканирование напряжения и технические обновления в эксперименте по коллинеарно-резонансной ионизационной спектроскопии». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 541 : 86–89. arXiv : 2303.15312 . Бибкод : 2023НИМПБ.541...86А . дои : 10.1016/j.nimb.2023.04.054 . S2CID 257766596 .
- ^ Марш, Б. (2013). «Резонансно-ионизационные лазерные источники ионов» . CAS – Школа ускорителей ЦЕРН: Источники ионов . doi : 10.5170/CERN-2013-007.203 .
- ^ Дэй Гудакр, Т.; Биллоуз, Дж.; Бинерсли, CL; Бисселл, ML; Хризалидис, К.; Коколиос, TE; де Гроот, РП; Фарук-Смит, Дж.; Федоров Д.В.; Федосеев В.Н.; Фланаган, Коннектикут; Франчу, С.; Гарсия Руис, РФ; Джинс, В.; Хейнке, Р. (01 декабря 2018 г.). «Разработка схемы ионизации радия: первые наблюдаемые автоионизационные состояния и эффекты оптической накачки в среде горячей полости» . Spectrochimica Acta Часть B: Атомная спектроскопия . 150 : 99–104. Бибкод : 2018AcSpe.150...99D . дои : 10.1016/j.sab.2018.10.002 . ISSN 0584-8547 . S2CID 105204354 .
- ^ Кестер, У. (10 мая 2001 г.). «Резонансно-ионизационные лазерные источники ионов» . Ядерная физика А . 701 (1–4): 441–451. дои : 10.1016/S0375-9474(01)01625-6 .
- ^ Имграм, Филипп; Кениг, Кристиан; Кремер, Йорг; Ратайчик, Тим; Маас, Бернхард; Мюллер, Патрик; Соммер, Феликс; Нёртерсхойзер, Вильфрид (30 марта 2020 г.). «Высокоточная коллинеарная лазерная спектроскопия на Коллинеарном аппарате лазерной спектроскопии и прикладной физики (COALA)» . Сверхтонкие взаимодействия . 241 (1): 48. Бибкод : 2020HyInt.241...48I . дои : 10.1007/s10751-019-1690-8 . ISSN 1572-9540 . S2CID 254545818 .
- ^ Нойгарт, Р. (1987), «Коллинеарная лазерная спектроскопия с быстрым лучом» , «Прогресс в атомной спектроскопии» , Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 75–126, doi : 10.1007/978-1-4613-1857-6_2 , ISBN 978-1-4612-9036-0 , получено 14 июля 2023 г.
- ^ Майер, FM; Фишер, П.; Хейлен, Х.; Лагаки, В.; Лехнер, С.; Платтнер, П.; Селс, С.; Винхольц, Ф.; Нёртерсхойзер, В.; Швейхард, Л.; Мальбруно-Эттенауэр, С. (декабрь 2019 г.). «Моделирование экспериментального эксперимента по коллинеарной лазерной спектроскопии в многоотражательном времяпролетном устройстве» . Сверхтонкие взаимодействия . 240 (1): 1. Бибкод : 2019HyInt.240...54M . дои : 10.1007/s10751-019-1575-x . ISSN 0304-3843 . S2CID 254550467 .
- ^ Jump up to: а б Коколиос, TE; Аль Суради, Х.Х.; Биллоуз, Дж.; Будинчевич И.; де Гроот, РП; Де Шеппер, С.; Федосеев В.Н.; Фланаган, Коннектикут; Франчу, С.; Гарсия Руис, РФ; Хейлен, Х.; Ле Блан, Ф.; Линч, КМ; Марш, бакалавр; Мейсон, PJR (15 декабря 2013 г.). «Экспериментальная установка коллинеарно-резонансной ионизационной спектроскопии (CRIS) в CERN-ISOLDE» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . XVI-я Международная конференция по электромагнитным сепараторам изотопов и методам их применения, 2–7 декабря 2012 г., Мацуэ, Япония. 317 : 565–569. Бибкод : 2013NIMPB.317..565C . дои : 10.1016/j.nimb.2013.05.088 . ISSN 0168-583X .
- ^ Jump up to: а б с Проктер, Ти Джей; Агаи-Хозани, Х; Биллоуз, Дж; Бисселл, ML; Блан, Ф. Ле; Чил, Б; Коколиос, TE; Фланаган, Коннектикут; Хори, Х; Кобаяши, Т; Ланни, Д; Линч, КМ; Марш, бакалавр; Нейенс, Г; Папуга, Дж. (18 сентября 2012 г.). «Развитие линии лучей CRIS (Коллинеарная резонансная ионизационная спектроскопия)» . Физический журнал: серия конференций . 381 (1): 012070. Бибкод : 2012JPhCS.381a2070P . дои : 10.1088/1742-6596/381/1/012070 . ISSN 1742-6588 . S2CID 53655523 .
- ^ Хан, Мухаммад Минхадж (26 августа 2021 г.). Интеграция рулона ленты для спектроскопии распада для контроля накопления фоновой радиоактивности (Диссертация). ИМТ Атлантик.
- ^ «Сайт КРИС» . isolde-cris.web.cern.ch . Проверено 20 июля 2023 г.
- ^ Кошорус, А; Ян, XF; Цзян, РГ; Новарио, С.Дж.; Бай, Юго-Запад; Биллоуз, Дж.; Бинерсли, CL; Бисселл, ML; Коколиос, TE; Купер, бакалавр наук; де Гроот, РП; Экстрем, А.; Фланаган, Коннектикут; Форссен, К.; Франчу, С. (апрель 2021 г.). «Зарядовые радиусы экзотических изотопов калия бросают вызов ядерной теории и магическому характеру $N = 32$». Физика природы . 17 (4): 439–443. arXiv : 2012.01864 . Бибкод : 2021NatPh..17..439K . дои : 10.1038/s41567-020-01136-5 . ISSN 1745-2473 . S2CID 234356572 .
- ^ Шульц, К; Арнольд, Э; Борчерс, В; Ной, В; Ньюгарт, Р; Нейрот, М; Оттен, EW; Шерф, М; Вендт, К; Ливенс, П; Кудрявцев Ю.А.; Летохов В.С.; Мишин В.И.; Петрунин, В.В. (28.11.1991). «Резонансная ионизационная спектроскопия на пучке быстрых атомов иттербия» . Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 24 (22): 4831–4844. Бибкод : 1991JPhB...24.4831S . дои : 10.1088/0953-4075/24/22/020 . ISSN 0953-4075 . S2CID 250857276 .
- ^ «Летний студент застал ISOLDE врасплох» . ЦЕРН . 28 июня 2023 г. Проверено 14 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Руис, РФ Гарсия; Бергер, Р.; Биллоуз, Дж.; Бинерсли, CL; Бисселл, ML; Брейер, А.А.; Бринсон, Эй Джей; Хризалидис, К.; Коколиос, Т.; Купер, Б.; Фланаган, Коннектикут; Гизен, ТФ; де Гроот, РП; Франчу, С.; Густафссон, ФП (28 мая 2020 г.). «Спектроскопия короткоживущих радиоактивных молекул: чувствительная лаборатория новой физики» . Природа . 581 (7809): 396–400. arXiv : 1910.13416 . дои : 10.1038/s41586-020-2299-4 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 7334132 . ПМИД 32461650 .
- ^ Эроусмит-Крон, Гордон; Атанасакис-Какламанакис, Михаил; Ау, Миа; и др. (4 февраля 2023 г.). «Возможности фундаментальных физических исследований с радиоактивными молекулами» . arXiv : 2302.02165 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь )