Chłodnica wiązki RFQ

Chłodnica wiązki kwadrupolowej o częstotliwości radiowej (RFQ) to urządzenie do chłodzenia wiązki cząstek , szczególnie przystosowane do wiązek jonów . Obniża temperaturę wiązki cząstek , zmniejszając jej rozproszenie energii i emisję , skutecznie zwiększając jej jasność ( jasność ). Przeważającym mechanizmem chłodzenia w tym przypadku jest chłodzenie gazem buforowym, w którym wiązka traci energię w zderzeniach z lekkim, obojętnym i obojętnym gazem (zazwyczaj helem) . ). Chłodzenie musi odbywać się w ograniczonym polu, aby przeciwdziałać dyfuzji termicznej wynikającej ze zderzeń jonów z atomami. [ potrzebne źródło ]

Kwadrupolowy analizator masy ( kwadropol o częstotliwości radiowej używany jako filtr masy) został wynaleziony przez Wolfganga Paula na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku na Uniwersytecie w Bonn w Niemczech. Za swoją pracę Paul otrzymał w 1989 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki . Próbki do analizy masy są jonizowane np. laserem ( desorpcja/jonizacja laserowa wspomagana matrycą ) lub wyładowaniami ( elektrorozpylanie lub plazma indukcyjnie sprzężona) ), a wynikowa wiązka jest przesyłana przez RFQ i „filtrowana” przez skanowanie parametrów operacyjnych (głównie amplitudy RF). Daje to widmo masowe lub odcisk palca próbki. Analizatory gazów resztkowych również wykorzystują tę zasadę.

Zastosowania chłodzenia jonowego w fizyce jądrowej

Pomimo swojej długiej historii, bardzo czułe i dokładne pomiary masy jąder atomowych nadal są bardzo ważnymi obszarami badań dla wielu gałęzi fizyki . Pomiary te nie tylko zapewniają lepsze zrozumienie struktur jądrowych i sił jądrowych, ale także dają wgląd w to, jak materia zachowuje się w niektórych z najtrudniejszych środowisk Natury. W obiektach takich jak ISOLDE w CERN i TRIUMF na przykład w Vancouver techniki pomiarowe są obecnie rozszerzane na krótkotrwałe jądra promieniotwórcze, które występują naturalnie tylko we wnętrzu eksplodujących gwiazd. Ich krótkie okresy półtrwania i bardzo niskie tempo produkcji nawet w najpotężniejszych obiektach wymagają najwyższej czułości takich pomiarów.

Pułapki Penninga , centralny element nowoczesnych bardzo dokładnych i czułych instalacji do pomiaru masy, umożliwiają pomiary pojedynczych jonów z dokładnością dochodzącą do 1 części na 10^11. Jednak, aby to osiągnąć, pułapki Penninga muszą mieć bardzo precyzyjnie dostarczany jon, który ma być mierzony, iz pewnością, że jest to rzeczywiście pożądany jon. Nakłada to surowe wymagania na aparat, który musi wyjąć jądro atomowe z celu, w którym zostało utworzone, oddzielić je od niezliczonych innych jonów emitowanych z celu, a następnie skierować je tak, aby mogło zostać przechwycone w pułapka pomiarowa.

Wykazano, że chłodzenie tych wiązek jonów, w szczególności wiązek jonów radioaktywnych, drastycznie poprawia dokładność i czułość pomiarów masy poprzez zmniejszenie przestrzeni fazowej omawianych kolekcji jonów. Wykorzystując lekki neutralny gaz tła, zwykle hel, naładowane cząstki pochodzące z separatorów masy on-line przechodzą szereg miękkich zderzeń z cząsteczkami gazu tła, co powoduje ułamkowe straty energii kinetycznej jonów i zmniejszenie całkowitej energii zespołu jonów. Aby jednak było to skuteczne, jony muszą być zatrzymywane za pomocą pól elektrycznych poprzecznego kwadrupola o częstotliwości radiowej (RFQ) podczas procesu chłodzenia kolizyjnego (znanego również jako gazu buforowego ). Te chłodnice RFQ działają na tych samych zasadach, co kwadrupolowe pułapki jonowe i wykazano, że szczególnie dobrze nadają się do chłodzenia gazu buforowego, biorąc pod uwagę ich zdolność do całkowitego uwięzienia jonów o dużej dyspersji prędkości, odpowiadającej energiom kinetycznym do dziesiątek elektronowoltów. Szereg chłodnic RFQ zostało już zainstalowanych w ośrodkach badawczych na całym świecie, a ich charakterystykę można znaleźć poniżej.

Lista obiektów zawierających chłodnice RFQ

Nazwa Obiekt Wiązka wejściowa Emitancja wejściowa Chłodniejsza długość R0 Napięcie RF, częstotliwość, DC Zakres masy Napięcie osiowe Ciśnienie Właściwości wiązki wyjściowej Obrazy
Colette

 CERN Wiązka ISOLDE 60 keV spowolniona do ≤ 10 eV ~ 30 π-mm-mrad 504 mm (15 segmentów, izolowane elektrycznie) 7 mm Częstotliwość: 450 – 700 kHz – 0,25 V/cm 0,01 mbar He Ponownie przyspieszony do 59,99 keV; emitancja poprzeczna 8 π-mm-mrad przy 20 keV COLETTE1

COLETTE2
Chłodnica LPC GANIL Belki typu SPIRAL Do ~ 100 π-mm-mrad 468 mm (26 segmentów, izolowane elektrycznie) 15 mm RF: do 250 Vp, Częstotliwość: 500 kHz – 2,2 MHz – – do 0,1 mbara – LPC1

LPC2
Chłodnica SHIPTRAP

 GSI Wiązki typu SHIP 20-500 keV/A – 1140 mm (29 segmentów, izolowane elektrycznie) 3,9 mm RF: 30–200 Vpp, Częstotliwość: 800 kHz – 1,2 MHz do 260 u Zmienna: 0,25 – 1 V/cm ~ 5×10-3 mbar He – PUŁAPKA STATKOWA 1

PUŁAPKA STATKOWA2

Chłodnica JYFL

 Uniwersytet Jyvaskyla Wiązka typu IGISOL przy 40 keV Do 17 π-mm-mrad 400 mm (16 segmentów) 10 mm RF: 200 Vp, Częstotliwość: 300 kHz – 800 kHz – ~1 V/cm ~0,1 mbar He ~3 π-mm-mrad, rozproszenie energii < 4 eV JYFL1

JYFL2

JYFL3

Chłodnica MAFF FRM II Wiązka 30 keV spowolniona do ~100 eV – 450 mm 30 mm RF: 100 –150 Vpp, Częstotliwość: 5 MHz – ~0,5 V/cm ~0,1 mbar He rozproszenie energii = 5 eV, emisyjność @ 30keV: od = 36 π-mm-mrad do eT = 6 π-mm-mrad –
Chłodnica ORNL ORNL 20–60 keV ujemne RIB spowolniły do ​​<100 eV ~50 π-mm-mrad (@ 20 keV) 400 mm 3,5 mm RF: ~400 Vp, Częstotliwość: do 2,7 MHz -- do ±5 kV na prętach stożkowych ~0,01 mbara Rozrzut energii ~2 eV ORNL1

ORNL2

ORNL3
Chłodnica LEBIT FRIB Wiązki 5 keV prądu stałego – – – – – – ~1×x10−1 mbar He (sekcja wysokociśnieniowa) – LEBIT1

LEBIT2

LEBIT3

JEST SUPER

 CERN Wiązka ISOLDE 60 keV do 20 π-mm-mrad 800 mm (przy użyciu segmentowych elektrod klinowych DC) 20 mm RF: do 380 V, Częstotliwość: 300 kHz – 3 MHz 10–300 jedn ~0,1 V/cm 0,01 – 0,1 mbar He – JESTCOOL1

ISCOOL2

ISCOOL3

ISCOOL4

Chłodnica ISOLTRAP CERN Wiązka ISOLDE 60 keV – 860 mm (segmentowy) 6 mm RF: ~125 Vp, Częstotliwość: ~1 MHz. – – ~2×10-2 mbar He elong ≈ 10 eV us, etrans ≈ 10p mm mrad. IZOLTRAP1

IZOLTRAP2

TITAN RFCT TRIUMF ciągła wiązka ISAC 30–60 keV – – – RF: 1000 Vpp, Częstotliwość: 300 kHz – 3 MHz – – – 6 π-mm-mrad przy energii ekstrakcji 5 keV TYTAN1

TYTAN2

TYTAN3
Chłodnica TRIMP Uniwersytet w Groningen Belki TRIMP – 660 mm (segmentowy) 5 mm RF= 100 Vp, Częstotliwość: do 1,5 MHz 6 < A < 250 -- do 0,1 mbara -- PRZYTRZYMAJ1

TRIMP2

TRIMP3

Lodówka SPIG Leuven KU Leuven Belki IGISOL – 124 mm (konstrukcja pręta sześciobiegunowego) 1,5 mm RF= 0–150 Vpp, Częstotliwość: 4,7 MHz – – ~50 kPa He Zdolność rozdzielcza masy (MRP) = 1450 SPIG1

SPIG2

SPIG3
Chłodnica Argonne CPT Narodowe Laboratorium Argonne – – – – – – – – – Chłodnica CPT1

Chłodnica CPT2
Chłodnica SLOWRI RIKEN – – 600 mm (segmentowa konstrukcja sześcioczłonowa) 8 mm RF= 400 Vpp, Częstotliwość: 3,6 MHz – – ~10 mbar He – –

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RFQ_beam_cooler&oldid=1139626353 ”