Электронно-лучевая ионная ловушка

Схема ионной ловушки электронного пучка. Красный: нить источника электронов, синий: электронный луч, черный: электроды , зеленый: магнит. Тонкая линия представляет электрический потенциал вдоль оси.

Электронно-лучевая ионная ловушка ( EBIT ) представляет собой электромагнитную бутылку, которая производит и удерживает сильно заряженные ионы . EBIT использует электронный луч , сфокусированный мощным магнитным полем для ионизации атомов до состояний с высоким зарядом путем последовательного электронного удара.

Его изобрели М. Левайн и Р. Маррс в LLNL и LBNL . ^{[ 1 ]}

Операция

Положительные ионы, образующиеся в области, где атомы перехватывают электронный луч, плотно удерживаются в своем движении из-за сильного притяжения, оказываемого отрицательным зарядом электронного луча. Поэтому они вращаются вокруг электронного луча, часто пересекая его и вызывая дальнейшие столкновения и ионизацию. Для ограничения движения ионов вдоль направления оси электронного пучка используются улавливающие электроды, несущие положительное напряжение по отношению к центральному электроду.

Полученная ионная ловушка может удерживать ионы в течение многих секунд и минут, а также создаются условия для достижения состояний с наивысшим зарядом, вплоть до голого урана ( U ⁹²⁺) можно достичь таким образом. ^{[ 2 ]}

Сильный заряд, необходимый для радиального удержания ионов, требует больших токов электронного пучка от десятков до сотен миллиампер . В то же время высокие напряжения (до 200 киловольт ) используются для ускорения электронов с целью достижения высоких зарядовых состояний ионов.

Чтобы избежать уменьшения заряда ионов в результате столкновений с нейтральными атомами, у которых они могут захватывать электроны, вакуум в аппарате обычно поддерживается на уровне сверхвысокого вакуума , с типичными значениями давления всего 10 ⁻¹² торр, (~10 ⁻¹⁰ Паскаль ).

Приложения

EBIT используются для исследования фундаментальных свойств сильно заряженных ионов , например, с помощью фотонной спектроскопии, в частности, в контексте релятивистской атомной структуры теории и квантовой электродинамики (КЭД). Их пригодность для приготовления и воспроизведения в микроскопическом объеме условий высокотемпературной астрофизической плазмы и термоядерной плазмы с магнитным удержанием делает их очень подходящими исследовательскими инструментами. Другие области включают изучение их взаимодействия с поверхностями и возможные применения в микролитографии .

Ссылки

^ Левин, Мортон А; Маррс, RE; Хендерсон-младший; Кнапп, Д.А.; Шнайдер, Мэрилин Б. (1 декабря 1987 г.). «Ионная ловушка электронного пучка: новый прибор для измерений в атомной физике». Физика Скрипта . Т22 . Издательство ИОП: 157–163. дои : 10.1088/0031-8949/1988/t22/024 . ISSN 0031-8949 . S2CID 250767218 .
^ Маррс, RE; Эллиотт, СР; Кнапп, Д.А. (27 июня 1994 г.). «Производство и улавливание водородоподобных и голых ионов урана в ионной ловушке электронного пучка». Письма о физических отзывах . 72 (26). Американское физическое общество (APS): 4082–4085. Бибкод : 1994PhRvL..72.4082M . дои : 10.1103/physrevlett.72.4082 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10056377 .

Маррс, Роско Э.; Байерсдорфер, Питер; Шнайдер, Дитер (1994). «Электронно-лучевая ионная ловушка». Физика сегодня . 47 (10). Издательство АИП: 27–34. Бибкод : 1994PhT....47j..27M . дои : 10.1063/1.881419 . ISSN 0031-9228 .
Маррс, RE; Левин, Массачусетс; Кнапп, Д.А.; Хендерсон-младший (25 апреля 1988 г.). «Измерение сечений электронного удара-возбуждения для очень сильно заряженных ионов». Письма о физических отзывах . 60 (17). Американское физическое общество (APS): 1715–1718. Бибкод : 1988PhRvL..60.1715M . дои : 10.1103/physrevlett.60.1715 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10038121 . – Первое измерение атомной спектроскопии EBIT
Морган, Калифорния; Серпа, ФГ; Такач, Э.; Мейер, Э.С.; Гилласпи, доктор медицинских наук; Шугар, Дж.; Робертс-младший; Браун, СМ; Фельдман, У. (6 марта 1995 г.). «Наблюдение видимых и ультрафиолетовых магнитных дипольных переходов в сильно заряженных ксеноне и барии». Письма о физических отзывах . 74 (10). Американское физическое общество (APS): 1716–1719. Бибкод : 1995PhRvL..74.1716M . дои : 10.1103/physrevlett.74.1716 . hdl : 1969.1/182526 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10057739 .
Ченг, Хай-Пин ; Гилласпи, JD (15 января 1997 г.). «Наномасштабная модификация поверхностей кремния посредством кулоновского взрыва». Физический обзор B . 55 (4). Американское физическое общество (APS): 2628–2636. Бибкод : 1997PhRvB..55.2628C . дои : 10.1103/physrevb.55.2628 . ISSN 0163-1829 . S2CID 38152493 .
Гилласпи, доктор медицинских наук; Паркс, округ Колумбия; Рэтлифф, LP (1998). «Ионно-лучевая литография в маске с высокозаряженными ионами». Журнал вакуумной науки и технологий B: Микроэлектроника и нанометровые структуры . 16 (6). Американское вакуумное общество: 3294. Бибкод : 1998JVSTB..16.3294G . дои : 10.1116/1.590367 . ISSN 0734-211X .
Каррелл, Фредерик Джон; Асада, Джунджи; Она, Коичи; Минох, Аримичи; Мотохаси, Кендзи; и др. (15 октября 1996 г.). «Новая универсальная электронно-лучевая ионная ловушка». Журнал Физического общества Японии . 65 (10). Физическое общество Японии: 3186–3192. Бибкод : 1996JPSJ...65.3186C . дои : 10.1143/jpsj.65.3186 . ISSN 0031-9015 .
Бейер, Генрих Ф.; Клюге, Х.-Юрген; Шевелько, Вячеслав П. (1997). Рентгеновское излучение высокозаряженных ионов . Весенняя серия по атомам+плазме. Том. 19. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. дои : 10.1007/978-3-662-03495-8 . ISBN 978-3-642-08323-5 .

Внешние ссылки

«ЕБИТ» . Национальный институт стандартов и технологий . 7 декабря 2010 года . Проверено 26 ноября 2012 г.
«Электронно-лучевая ионная ловушка (ЭЛИТ)» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. 14 апреля 2009 года . Проверено 26 ноября 2012 г.
«Другие EBIT по всему миру» . Национальный институт стандартов и технологий. 14 декабря 2011 года . Проверено 26 ноября 2012 г.

[1] Левин, Мортон А; Маррс, RE; Хендерсон-младший; Кнапп, Д.А.; Шнайдер, Мэрилин Б. (1 декабря 1987 г.). «Ионная ловушка электронного пучка: новый прибор для измерений в атомной физике». Физика Скрипта . Т22 . Издательство ИОП: 157–163. дои : 10.1088/0031-8949/1988/t22/024 . ISSN 0031-8949 . S2CID 250767218 .

[2] Маррс, RE; Эллиотт, СР; Кнапп, Д.А. (27 июня 1994 г.). «Производство и улавливание водородоподобных и голых ионов урана в ионной ловушке электронного пучка». Письма о физических отзывах . 72 (26). Американское физическое общество (APS): 4082–4085. Бибкод : 1994PhRvL..72.4082M . дои : 10.1103/physrevlett.72.4082 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10056377 .

[ 1 ]

[ 2 ]