эксперимент ISOLTRAP
| 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 |
Высокоточный масс-спектрометрический эксперимент ISOLTRAP представляет собой постоянную экспериментальную установку, расположенную на установке ISOLDE в ЦЕРН . Цель эксперимента — провести прецизионные измерения массы с использованием метода времяпролетного обнаружения (ToF). [1] Изучение нуклидов и исследование структуры ядра дают представление о различных областях физики, включая астрофизику . [2]
Фон
[ редактировать ]Масс-спектрометрия — это метод определения отношения массы к заряду ионов. В пучке радиоактивных ионов в пучке может присутствовать множество радионуклидов , и для выделения конкретного иона для измерений необходимо разделение масс.
Ионная ловушка использует электрические и магнитные поля для захвата заряженных частиц в системе. Существует несколько типов ионных ловушек, использующих различные механизмы, включая ловушку Пеннинга . Ловушка Пеннинга использует однородное магнитное поле и квадрупольное электрическое поле для удержания частицы в радиальном и осевом направлении соответственно. [3]
Экспериментальная установка
[ редактировать ]
Эксперимент ISOLTRAP представляет собой высокоточный масс-спектрометр/сепаратор, состоящий из четырех ионных ловушек. К ним относятся радиочастотная квадрупольная ловушка ( RFQ ), времяпролетный масс-спектрометр с несколькими отражениями (MR-ToF) и две ловушки Пеннинга. [4]
Ловушка RFQ используется для преобразования пучка радиоактивных ионов, доставляемого установкой ISOLDE, в импульсы ионов низкой энергии перед его введением в масс-спектрометр MR-ToF. [5] Это достигается за счет электростатического замедления ионов и последующего пропускания их через среду, заполненную буферным газом . [6] Радиочастота создает колеблющееся электрическое поле, которое удерживает ионы в виде тонкой линии. Ионы под действием потенциала направляются в область захвата , где они взаимодействуют с буферным газом, и энергетический разброс ионов уменьшается. [7] При этом образуется небольшое облако ионов, которое затем выбрасывается в виде сгустка из области захвата и транспортируется в MR-ToF. [8]
Масс-спектрометр/сепаратор MR-ToF вводит и выбрасывает ионы с помощью переключаемой полости и отражает их между двумя наборами электростатических зеркал, чтобы увеличить траекторию их полета. [9] Это дает большую разрешающую способность за короткое время захвата и, следовательно, может быть выполнено эффективное изобарное разделение. [10] ToF иона измеряется детектором с электронным умножителем частиц и может использоваться для определения соответствующей массы. [11] [12]
Две ловушки Пеннинга, следующие за MR-ToF, — это подготовительная ловушка Пеннинга и прецизионная ловушка Пеннинга. [4] Приготовленная ловушка Пеннинга, большая цилиндрическая ловушка, помещается в однородное поле сверхпроводящего магнита . [13] [12] Ионы улавливаются и с высокой селективностью охлаждаются массой. [14] Измерения массы производятся с помощью прецизионной ловушки Пеннинга, которая использует радиочастотное поле для управления циклотронным движением ионов. Затем ионы выбрасываются из ловушки и дрейфуют в неоднородное внешнее (краевое) поле магнита к детектору ионов. Ионы, находившиеся в резонансе из-за радиочастотного поля, достигают детектора быстрее, чем другие, и можно определить времяпролет. [14] [15]
Результаты
[ редактировать ]
С момента начала своей работы ISOLTRAP измерил массы сотен короткоживущих радиоактивных ядер. [16] [17] Первоначально экспериментальная установка состояла всего из двух ловушек Пеннинга, но с тех пор, как в 2011 году был установлен MR-ToF, самые экзотические нуклиды, которые можно обнаружить, теперь измеряются на ISOLTRAP. [4]
Одной из целей экспериментальных результатов ISOLTRAP является подтверждение наличия дважды магических изотопов. Двойно магические изотопы — это те, у которых количество протонов и нейтронов равно магическим числам . Они очень устойчивы к гниению. Результаты ISOLTRAP подтвердили, что никель-78 обладает двойной магией, если изучить его соседку, медь-79 . [18] [19]
Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ИЗОЛТРАП | ИЗОЛЬДА» . isolde.web.cern.ch . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ «ISOLTRAP фиксирует массы экзотических ядер» . ЦЕРН Курьер . 01.03.2004 . Проверено 31 июля 2023 г.
- ^ Браун, Л.С.; Габриэль, Г. (1986). «Теория геония: физика одного электрона или иона в ловушке Пеннинга» (PDF) . Обзоры современной физики . 58 (1): 233–311. Бибкод : 1986РвМП...58..233Б . дои : 10.1103/RevModPhys.58.233 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 марта 2017 г. Проверено 1 мая 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Ланни, Д; (от имени сотрудничества ISOLTRAP) (01.06.2017). «Расширение и уточнение поверхности ядерной массы с помощью ISOLTRAP» . Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 44 (6): 064008. Бибкод : 2017JPhG...44f4008L . дои : 10.1088/1361-6471/aa6752 . ISSN 0954-3899 .
- ^ Херфурт, Ф; Диллинг, Дж; Келлербауэр, А; Боллен, Дж; Генри, С; Клюге, Х.-Дж; Ламур, Э; Ланни, Д; Мур, Р.Б.; Шайденбергер, К; Шварц, С; Сиклер, Г; Шерипо, Дж (11 августа 2001 г.). «Линейная радиочастотная ионная ловушка для накопления, группировки и улучшения эмиттанса пучков радиоактивных ионов» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 469 (2): 254–275. arXiv : nucl-ex/0011021 . Бибкод : 2001NIMPA.469..254H . дои : 10.1016/S0168-9002(01)00168-1 . ISSN 0168-9002 . S2CID 14155609 .
- ^ Шерипо, Дж.; Хлопнуть.; Ле Брен, Ч.; Делахай, П.; и др. (октябрь 1999 г.). «Проектирование и производительность охладителя и пакетировщика RFQ» . Лаборатория корпускулярной физики .
- ^ Мукерджи, М.; Бек, Д.; Блаум, К.; Боллен, Г.; Диллинг, Дж.; Джордж, С.; Херфурт, Ф.; Херлерт, А.; Келлербауэр, А.; Клюге, Х.-Дж.; Шварц, С.; Швейхард, Л.; Язиджян, К. (январь 2008 г.). «ISOLTRAP: действующая ловушка Пеннинга для масс-спектрометрии короткоживущих нуклидов» . Европейский физический журнал А. 35 (1): 1–29. Бибкод : 2008EPJA...35....1M . дои : 10.1140/epja/i2007-10528-9 . ISSN 1434-6001 . S2CID 119428291 .
- ^ Савард, Г.; Беккер, ул.; Боллен, Г.; Клюге, Х.-Дж.; Мур, РБ; Отто, Т.; Швейхард, Л.; Столценберг, Х.; Висс, У. (сентябрь 1991 г.). «Новый метод охлаждения тяжелых ионов в ловушке Пеннинга» . Буквы по физике А. 158 (5): 247–252. Бибкод : 1991PhLA..158..247S . дои : 10.1016/0375-9601(91)91008-2 .
- ^ Мужо, М; Алгора, А.; Ашер, П.; Атанасов Д.; и др. (25 сентября 2019 г.). «Измерения массы ловушкой Пеннинга с помощью ISOLTRAP в период 2014–2018 гг.» (PDF) . Европейская организация ядерных исследований .
- ^ Вольф, Р.Н.; Винхольц, Ф.; Атанасов Д.; Бек, Д.; Блаум, К.; Боргманн, Ч.; Херфурт, Ф.; Ковальска, М.; Крайм, С.; Литвинов, Ю. А.; Ланни, Д.; Манея, В.; Нейдерр, Д.; Розенбуш, М.; Швейхард, Л. (1 сентября 2013 г.). «Многоотражательный времяпролетный масс-сепаратор/спектрометр ISOLTRAP» . Международный журнал масс-спектрометрии . 100 лет масс-спектрометрии. 349–350: 123–133. Бибкод : 2013IJMSp.349..123W . дои : 10.1016/j.ijms.2013.03.020 . ISSN 1387-3806 .
- ^ Картайн, Дж.; Атанасов Д.; Блаум, К.; Брайтенфельдт, М.; Бондарь, В.; Джордж, С.; Хайен, Л.; Ланни, Д.; Манея, В.; Мужо, М.; Нейдерр, Д.; Швейхард, Л.; Северийнс, Н.; Велкер, А.; Винхольц, Ф. (15 июля 2019 г.). "Определение ${Q}_{\mathrm{EC}}$-значения для $^{21}\mathrm{Na}\ensuremath{\rightarrow}^{21}\mathrm{Ne}$ и $^{23} \mathrm{Mg}\ensuremath{\rightarrow}^{23}\mathrm{Na}$ распадается зеркально-ядра с использованием высокоточной масс-спектрометрии с ISOLTRAP на установке CERN ISOLDE" . Физический обзор C . 100 (1): 015502. doi : 10.1103/PhysRevC.100.015502 . hdl : 21.11116/0000-0004-4BBF-2 . S2CID 174797889 .
- ^ Jump up to: а б «ИЗОЛТРАП» . isoltrap.web.cern.ch . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ Финк, Дэниел (21 июня 2010 г.). «Источник ионов для лазерной абляции ISOLTRAP и определение добротности двойного бета-распада 110Pd» . Институт физики Университета Иоганна Гутенберга в Майнце .
- ^ Jump up to: а б Кениг, М.; Боллен, Г.; Клюге, Х.-Дж.; Отто, Т.; Шерипо, Дж. (31 марта 1995 г.). «Квадрупольное возбуждение запасенного движения ионов на истинной циклотронной частоте» . Международный журнал масс-спектрометрии и ионных процессов . 142 (1): 95–116. Бибкод : 1995IJMSI.142...95K . дои : 10.1016/0168-1176(95)04146-C . ISSN 0168-1176 .
- ^ Елисеев С.; Блаум, К.; Блок, М.; Дрозе, К.; Гончаров М.; Минайя Рамирес, Э.; Нестеренко Д.А.; Новиков, Ю. Н.; Швейхард, Л. (19 февраля 2013 г.). «Измерения ионно-циклотронного резонанса с помощью фазовой визуализации короткоживущих нуклидов» . Письма о физических отзывах . 110 (8): 082501. Бибкод : 2013PhRvL.110h2501E . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.082501 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 23473137 .
- ^ Херфурт, Ф.; Эймс, Ф.; Ауди, Г.; Бек, Д.; Блаум, К.; Боллен, Г.; Келлербауэр, А.; Клюге, HJ; Кукейн, М.; Ланни, Д.; Мур, РБ; Ойнонен, М.; Родригес, Д.; Сауван, Э.; Шайденбергер, К. (25 августа 2002 г.). «Измерения массы и ядерная физика — последние результаты ISOLTRAP» . Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 36 (5): 931–939. дои : 10.1088/0953-4075/36/5/312 . S2CID 250794092 .
- ^ Ковальска, Магдалена; для сотрудничества ISOLTRAP (01 февраля 2010 г.). «Результаты ISOLTRAP 2006–2009» . Сверхтонкие взаимодействия . 196 (1): 199–203. Бибкод : 2010HyInt.196..199K . дои : 10.1007/s10751-009-0140-4 . ISSN 1572-9540 . S2CID 121987340 .
- ^ Велкер, А.; Алтубити, НАН; Атанасов Д.; Блаум, К.; Коколиос, TE; Херфурт, Ф.; Крайм, С.; Ланни, Д.; Манея, В.; Мужо, М.; Нейдерр, Д.; Новацкий, Ф.; Повес, А.; Розенбуш, М.; Швайхард, Л. (06 ноября 2017 г.). «Энергия связи Cu 79: исследование структуры вдвойне магического Ni 78 на расстоянии всего одного протона» . Письма о физических отзывах . 119 (19): 192502. doi : 10.1103/PhysRevLett.119.192502 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 29219497 .
- ^ Йирка, Боб; Физика.орг. «Никель-78 подтвердил свою двойную магию» . физ.орг . Проверено 28 июля 2023 г.