我们提出了一种从233U源产生同位素纯化的低能229Th离子束的方案。该离子束用于通过内转换衰变通道直接探测229mTh基态的衰变。同时,我们还测量了229mTh的内转换寿命。
我们提出了一种从233U源产生同位素纯化的低能229Th离子束的方案。该离子束用于通过内转换衰变通道直接探测229mTh基态的衰变。同时,我们还测量了229mTh的内转换寿命。
本文描述了一种生成同位素纯的229Th离子束的方法,该离子束处于2+和3+电荷态。这种离子束可用于研究229Th的低激发同质异能态,其激发能约为7.8(5) eV,辐射寿命最长可达104秒。该方法实现了对钍同质异能态衰变的首次直接鉴定,为研究其衰变特性奠定了基础,而这些特性是实现对该核跃迁进行光学调控的前提。高能229Th离子由放射性233U源的α衰变产生。离子在缓冲气体减速室中被热化,随后被提取并形成离子束。该离子束通过四极质谱分离器进行质量纯化,以获得纯净的离子束。为了探测同质异能态的衰变,将离子收集在微通道板探测器表面,观测由同质异能态内转换衰变过程中释放出的电子。
钍-229 原子核中的第一个激发亚稳态,记作 229mTh,在核物理领域具有特殊地位,因其激发能是目前已知约 176,000 种核激发态中最低的。典型的核能级通常处于 keV 到 MeV 量级,而 229mTh 的激发能仅比其核基态高出不到 10 eV1,2,3。目前最受认可的该能级能量值为 7.8(5) eV4,5。如此低的激发能量引发了不同物理学领域的广泛关注,并催生了多项极具前景的应用设想,其中包括核激光6、用于量子计算的高稳定性量子比特7,以及核钟8,9。
预期229mTh能够提供多种应用的原因在于,由于其能量极低,它是目前唯一可利用现有激光技术实现直接核激光激发的核态。然而,迄今为止,对229mTh的直接核激光激发一直受到对该亚稳态参数(如其精确能量和寿命)了解不足的限制。尽管早在1976年就已推测229Th中存在一个低能核激发态10,但关于该态的所有信息此前仅能通过间接测量推断,无法精确确定其衰变参数。自2016年以来,这一状况发生了改变,当时首次直接探测到229mTh的衰变,为大量旨在精确测定该激发态参数的实验打开了大门11,12。本文提供了一个详细的实验方案,描述了2016年实验中实现229mTh直接探测所需的各个步骤。该直接探测为精确测定229mTh的能量和寿命奠定了基础,进而推动核钟的研制。下文将讨论核钟作为229mTh最重要应用的基本原理。
由于钍同质异能素的基态跃迁具有 ΔE/E~10-20 的相对线宽,因此其有望成为一种核频率标准(“核钟”)8,9。与原子壳层相比,原子核的尺度小约五个数量级,因此核矩(磁偶极矩和电四极矩)也相应更小,使得核钟对外部扰动具有极强的免疫能力(相较于目前最先进的原子钟)。因此,核频率标准有望实现高度稳定且精确的时钟运行。尽管当前最先进的原子钟已达到约 2.1×10-18 的精度13,相当于在远超宇宙年龄的时间尺度上仅偏差1秒,但核钟仍具备进一步提升精度的潜力,这可能对大量应用领域至关重要。目前,基于卫星的导航系统,如全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)或伽利略系统,其定位精度为数米。若能将精度提升至厘米甚至毫米量级,则可实现从自动驾驶到货物或零部件追踪等众多应用。除高精度时钟外,此类系统还需具备可靠且持续的运行能力,以及长期漂移稳定性,以确保较长的再同步间隔。从这一实际角度来看,核钟的应用可能带来显著优势。(同步核钟网络) 的其他实际应用可能涉及相对论大地测量学14 领域,其中时钟可作为三维重力传感器,通过关系式 Δf/f = -ΔU/c2 将局部引力势差 ΔU 与测得的(相对)时钟频率差 Δf/f 关联起来(c 表示光速)。目前最先进的时钟能够探测到约 ±2 cm 高度差引起的引力频移。因此,利用核钟网络进行超精密测量可用于监测火山岩浆房的动态变化或板块构造运动15。此外,已有研究提出将此类时钟网络作为探测理论上存在的拓扑暗物质类别的工具16。在文献中,关于基于 229mTh 的核钟在探测基本物理常数(如精细结构常数 α 或强相互作用参数 mq/ΔQCD,其中 mq 表示夸克质量,ΔQCD 为强相互作用的尺度参数)可能存在的时变性方面的应用已有广泛讨论17。探测 229mTh 基态跃迁能量的时变性,可能使对精细结构常数或强相互作用参数时变性的探测灵敏度提高约 2 至 5 个数量级18,19,20,21,22,23,24,25,26。目前对该类 α 时变性的实验限制为 (dα/dt)/α = -0.7(2.1)×10-17/yr27。下文将描述直接探测 229mTh 基态衰变的实验方法。
直到最近,229-钍异构体存在的证据仅能通过间接测量推断得出,这些测量表明其激发能为 7.8(5) eV(相当于真空紫外光谱范围内的波长为 160(11) nm)4,5。我们的实验方法旨在直接识别229mTh 异构体从激发态到基态的退激发过程,该方法基于在缓冲气体减速室中对异构体进行空间分离,随后将其提取并经质量分离后传输至合适的探测单元,以记录其退激发产物28,29。因此,异构体的布居与退激发过程可被区分开来,从而实现一个不受即时本底干扰的纯净测量环境。异构体的布居通过放射性233U 源的 α 衰变实现,其中约 2% 的衰变分支并非直接进入229Th 的基态,而是布居到其第一激发态(即异构态)。α 衰变产生的反冲核在缓冲气体减速室的超纯氦气环境中被热化,随后在射频(RF)与直流(DC)电场的引导下向提取喷嘴移动,喷嘴处形成的超音速气体射流将其带入相邻的真空腔室。该腔室内设有一个(分段式)射频四极杆(RFQ)结构,用作离子导引装置、相空间冷却器,也可作为线性保罗阱以实现提取离子的束团化。关于缓冲气体减速室与提取 RFQ 的详细描述参见文献30,31,32。由于在此之前的提取离子束中除229(m)Th 外还包含一系列 α 衰变子体产物,因此需在后续真空腔室中利用四极杆质谱仪(QMS)进行质量分离,最终生成同位素纯的229(m)Th 离子束,并可选择其电荷态(q=1–3)。QMS 的详细描述见文献33,34。异构体衰变的探测通过将 Th 离子直接轰击至微通道板探测器(MCP)表面实现,释放出的电子被加速至荧光屏,并由电荷耦合器件(CCD)相机进行成像。实验装置的示意图见图 1。详细说明见文献35。

图1:实验装置示意图。 钍-229同质异能素通过铀-233α衰变中的2%衰变分支产生。229mTh离子因动能反冲从233U源中逸出,随后在充满30 mbar氦气的缓冲气体阻停室中被热化。利用射频(RF)和直流(DC)电场将离子从阻停区域中提取出来,并通过射频四极杆(RFQ)形成低能离子束。利用四极质谱仪(QMS)对离子束进行质量纯化,随后将离子轻柔地注入微通道板(MCP)探测器表面,该探测器与荧光屏结合,可实现对任何发生信号的空间分辨检测。本图经Springer Research许可,改编自文献11。请点击此处查看该图的放大版本。
以下方案描述了产生229(m)Th离子束的基本步骤,该离子束实现了对钍同核异能态基态衰变的首次直接探测,从而为研究其衰变特性奠定了基础。这些研究是最终实现对该奇特核态进行全光学控制并将其应用于超精密核频率标准的前提条件。为便于理解,图2提供了用于直接探测同核异能态衰变的实验装置示意图11,图中对本方案中涉及的各个组件进行了数字编号。用于寿命测定的组件也作为插图包含在内12。

图2:用于异构体衰变检测的实验装置示意图。 用于寿命测量的组件以插图形式展示。在实验方案部分中将提及的各个组件已用数字编号标注。 请点击此处查看该图的放大版本。
注意:本方案中的编号将参照 图2。
1. 钍-229 同质异能跃迁的直接探测
2. 229mTh 半衰期的测量(实验装置的重新调整)
此前描述的方法实现了从置于缓冲气体减速室内的 233U 源中提取 α 衰变产物,该减速室在室温下以约 30 mbar 的超纯氦气作为缓冲气体运行。首次实现了此类装置中高达三价离子的高效提取29。图 3a 展示了从缓冲气体室中提取的离子质谱,显示了三组 233U α 衰变产物(以及伴随的杂质加合物)分别以一价、二价和三价离子态存在。值得注意的是,与 233U3+ 相比,229Th3+ 的提取占主导地位;而当两者处于二价态时,其提取强度大致相等。该现象被用于与 233U 离子进行对比测量,从而排除了任何离子效应作为信号来源的可能性。

图3:钍-229同质异能态直接衰变的鉴定。 a) 使用233U源1进行的完整质量扫描29。单位为原子质量(u)除以电荷量(e)。b) 在积累钍和铀离子于2+和3+电荷态时获得的微通道板(MCP)信号比较(箭头指示与质量扫描图的对应关系)。使用了233U和234U源(每行右侧标示源编号)。每幅图像对应一次独立测量,积分时间为2,000秒(虚线圆圈表示20 mm直径的孔径)。测量时MCP表面电压设为-25 V,以确保离子软着陆。c) 使用源1提取229Th3+期间获得的229Th同质异能态衰变信号。信号区域直径约为2 mm(半高全宽,FWHM)。获得的最大信号强度为0.08 计数/(s mm2),背景计数率约为0.01 计数/(s mm2)。经Springer Research许可使用11。请点击此处查看此图的放大版本。
经过传输、冷却和质量分离后,离子束入射到微通道板探测器表面,此处较低的吸引表面电势可有效抑制离子撞击信号,仅保留来自内转换(IC)衰变通道的电子 229m该异构体在探测器板通道的强电场中被倍增。三种不同铀源所获得的相应MCP信号如图所示。 图 3b双电荷或三电荷离子种类由四极质谱分离器在每次单独测量中选定,上图中的箭头指示了所选离子种类。图中显示的是磷屏后方CCD相机采集的图像,来自微通道板(MCP)的电子被加速至该磷屏上。CCD相机的视场范围以虚线圆圈标出,分别对应三电荷离子(前两列)和双电荷离子(后两列) 229Th 和 233U离子。上排代表小面积区域获得的结果 233U型源(约1000个提取) 229Th3+ 每秒离子数,源1),而底行显示的是更强源(约10,000个提取离子)的相同情况 229Th3+ 每秒离子数(源3)。显然,在这两种情况下均可获得清晰的信号 229Th,而未观察到电子信号的迹象 233U 11. 为了证明该信号确实源自原子核退激过程而非原子壳层过程,中间一排显示了使用以下条件时获得的相机图像 234U源,其中α衰变使相邻的同位素处于激发态 230Th,具有相似的电子结构但不同的核结构。正如所预期的那样 230Th,在所有研究情况下均未发现转换电子信号的迹象。因此,所显示的强信号并非来自转换电子。 图3c 具有优异的信噪比,明显与衰减过程相关联 229mTh.
支持该解释的额外验证测量结果如图4所示。图中展示了两次测量,以进一步证明所记录的电子信号确实源自核异构体的衰变:图4a显示了MCP探测器的吸引性表面电势从-100 V(有利于离子撞击产生电子)逐步降低至0 V,比较了提取的229Th2+(红色)和233U2+离子(蓝色)在MCP上记录的计数率。显然,当表面电压低于约-40 V时,233U2+的计数率降至零,表明入射离子实现了“软着陆”;而229Th2+的计数率则在电压降至0 V之前仍保持显著水平。图4b中,蓝色曲线表示将提取离子以-2000 V强加速后撞击MCP探测器表面所记录的电子计数率。233U2+和229Th2+离子的离子撞击信号强度大致相等,这与图3a提取质谱中双电荷离子的结果一致。红色曲线表示相同实验条件,但入射离子以-25 V的MCP表面电势实现“软着陆”。此时,233U2+的离子撞击信号已完全不可见,而229Th2+仍保留信号,该信号源自异构体的内转换衰变11。

图4:异构体衰变验证测量。 a) 229Th2+ 信号(红色)与 233U2+(蓝色)随微通道板(MCP)表面电压的变化关系。误差由阴影带表示。b) 在MCP表面电压为-25 V(异构体衰变,红色)和-2,000 V(离子撞击,蓝色)时,四极质谱仪(QMS)后检测到的离子信号随质荷比的变化。注意不同的积分时间和坐标轴尺度。除114.5 u/e处的信号(对应于229Th2+)外,还出现117.5 u/e处的另一信号,该信号来源于235U的异构态衰变。经Springer Research许可使用11。请点击此处查看此图的高清版本。
因此,可以明确证明(结合参考文献中给出的其他论据) 11)所观察到的信号 图4 源自同分异构体衰变 229mTh,代表了对该难以捉摸的异构体退激过程的首次直接鉴定。
随后,将分段式提取射频四极杆(extraction-RFQ)作为线性保罗阱运行,以形成束状离子束,从而实现对钍同质异能态寿命的测量。由于我们室温下的高真空环境无法提供足够长的存储时间来研究预期长达10的辐射寿命4 秒,仅为 t 的下限1/2 > 1 分钟可用于带电情况 229m受限于线性保罗阱中钍离子可达到的最大存储时间11然而,采用此前用于在微通道板探测器表面使钍离子中和后识别异构体衰变的相同检测策略,所预期的中性原子的寿命应明显更短 229m通过内转换衰变的Th原子可提供寿命信息12. 图5a 显示了针对脉冲宽度为的离子束团模拟得到的衰减时间谱的预期形状 10 μs。其中红线表示离子碰撞信号以及指数衰减产生的信号 7 μs 半衰期由具有长衰减尾部的灰色曲线表示,钍同质异能素衰变所预期的信号(包含离子碰撞和指数型同质异能态衰变两部分)由蓝色曲线表示。 图5b 显示相应测量的结果 233U3+ (红色)和 229Th3+ (蓝色)。铀离子仅表现出其离子信号,而对于229-钍,可以明显观察到异构体衰变所预期的衰变尾部信号12.

图 5:模拟与实测的时间离子影响及衰变特性。 a) 229Th 离子束团的异构体衰变时间特性的模拟。该模拟基于实测的束团形状,并假设在中和后有 2% 的 229Th 离子处于半衰期为 7 μs 的异构态。假设电子探测效率是离子探测效率的 25 倍。b) 使用团聚的 229(m)Th3+ 离子束(蓝色)对异构体衰变进行的测量。红色曲线为与 233U3+ 的对比测量结果。经美国物理学会许可使用12。 请点击此处查看此图的放大版本。
通过指数函数拟合衰减尾部(对应于图6中对数表示的线性拟合),最终得到中性229mTh同核异能态的半衰期为7(1) μs12。该值与理论预期高度一致,即由于内转换系数αIC ~ 109较大,其寿命相较于带电同核异能态的约104秒缩短了约九个数量级37。

图6:229mTh 衰变曲线的拟合结果。 229(m)Th2+ 离子 (a) 和 229(m)Th3+ 离子 (b) 的时间衰减特性的对数图,以及用于提取在 MCP 探测器表面发生电荷复合后 229mTh 异构态半衰期的拟合曲线。经美国物理学会许可使用12。请点击此处查看此图的放大版本。
铀中反冲α衰变子核的射程仅为约16 nm。为了在给定源活度下实现α反冲离子源的高效率,必须将源材料的厚度限制在此射程范围内。α反冲提取效率在很大程度上受缓冲气体室清洁度的影响。停止气体中的杂质会导致电荷交换或分子形成。因此,气体室本身必须按照超高真空标准建造,特别是允许对气体室进行烘烤,并避免在内部使用任何有机材料。停止气体必须根据当前最先进的技术进行纯化,从最高纯度等级的气体出发,结合催化纯化,并通过超洁净的供气管线输送至气体室,部分管线周围设有低温陷阱以冻结杂质。通常,为实现高效的传输和探测效率,精确对准整个装置中心轴与气体室提取喷嘴的位置至关重要29。
步骤 1.4.5 是本方案中最关键的一步。为了实现高效的离子提取,必须在漏斗环电极上施加较高的射频(RF)振幅。然而,如果振幅设置过高,则会在气体池中产生火花。可施加的最大射频电压振幅在很大程度上取决于缓冲气体的纯度。通过监测漏斗偏置电压的电流,可以判断电压施加是否成功。若发生火花,该电流将升高。一旦出现火花,必须重复烘烤程序,以确保最高的离子提取效率。
另一个关键点是向微通道板探测器施加高电压(步骤 1.6.2-1.6.4)。微通道板上可能发生场致发射,导致电子发射,进而产生人为假象信号。
最佳的离子提取以及(冷却且经质量纯化的)离子向检测单元的传输,需要对中心光学轴进行精确校准。必须配备光学对准系统(如对准激光器或经纬仪)。为了实现离子在提取射频四极杆(RFQ)和四极质谱仪(QMS)中的高效传输,需对施加于每对相对电极杆上的两相反相射频信号的振幅进行持续稳定。29离子诊断的实现有助于识别提取或传输过程中的问题 例如, 通过在装置调试阶段沿离子路径依次放置于不同位置的多通道板探测器,或 alternatively, 例如, 低于90o 在提取射频四极杆(RFQ)后设置一个具有高负表面电压(1-2 kV)的装置,以吸引所有被提取的离子朝向检测器。
在运行过程中通常可能出现两个问题。一是并非所有电压都正确施加,此时通常无法提取出离子,需要找出电压未正确施加的位置。二是氦缓冲气体中存在杂质,这将显著降低三价钍离子的提取效率,并导致分子形成。在最严重的情况下,当施加漏斗电压时甚至会出现火花。气体纯度不足的原因通常是气体供应管路存在泄漏,或缓冲气体停止单元的法兰未正确关闭。
生成含有能量较低的229mTh异构体的纯净离子束的方法可应用于所有类似情况,即目标离子能够从缓冲气体环境中以可观的量被提取出来。气体池和缓冲气体的洁净度至关重要,因此残留气体杂质的含量是该方法灵敏度的限制因素。尽管所采用的微通道板探测器(MCP)基于电子探测原理(如本研究中用于低能内转换电子的检测),但这种情况已处于MCP探测效率曲线的低能边界38;若能量更高,该方法的探测效率将显著提升。
迄今为止,上述方法是唯一已报道的对钍同质异能态退激过程进行直接且明确鉴别的手段。另一种方法是使用真空紫外(VUV)透明晶体(具有较大带隙,超过同质异能态的假设激发能量),并将229Th掺杂其中。其目标是将229Th离子置于晶体晶格位置的高电荷态(4+),利用大的带隙抑制其退激,并尝试利用同步辐射光源产生的X射线激发该同质异能态。尽管该方法概念上十分巧妙,但迄今为止,全球多个研究团队所报道的一系列实验中均未能观测到VUV荧光信号39,40,41,42,43。同样,一类旨在通过229Th的电子壳层、利用所谓“电子桥跃迁”实现核同质异能态激发的实验也尚未取得成功。在此类过程中,电子壳层跃迁与原子核同质异能态之间的共振耦合有望实现更高效的同质异能态布居44,45。其他旨在研究该同质异能态特性的实验方法则基于微量热法46或对原子壳层超精细位移的观测47。最近,又有研究报道了一种在激光诱导等离子体中激发同质异能态的新方法48,目前该方法正在学术界引发科学讨论。
钍同质异能素11的内转换衰变通道的发现以及中性229mTh相应半衰期(7(1) μs)的测定12,有望在未来利用基于现有技术的脉冲可调谐真空紫外(VUV)激光器实现首次全光学激发。因此,目前认为必须更精确地掌握激发能量并相应开发定制化激光器的观点将得以规避。相反,通过利用内转换电子发射的知识,以激光脉冲对转换电子的探测进行门控,可在不到3天的时间内扫描1 eV的激发能量范围,同时获得高信噪比49。此外,对于同质异能态激发能量的测定(目前仍在研究中),可基于所述方法实现:将内转换衰变电子导入带有减速场电极网格的磁瓶式电子能谱仪来生成229mTh束流50。该技术同样可用于测定不同化学环境(例如,在CaF2等宽禁带材料或固态氩上)以及229Th+离子和自由中性原子中的同质异能态寿命。
所描述的生成同位素纯的+3价钍离子束的方法可作为一种工具,为未来的激光光谱实验提供钍离子。在此情况下,该离子束可被用于以稳定且高效的方式装载保罗阱。迄今为止,唯一的替代方法是通过产生 229Th3+ 通过激光烧蚀固体靶材实现。然而,这需要高激光强度和大量 229钍(Th)是一种昂贵的放射性材料,会导致所用真空部件的污染。因此,该方法在核激光光谱实验中具有显著优势。此类应用的首个实例已发表。51.
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由欧盟“地平线2020”研究与创新计划资助,资助协议号为664732 "nuClock",同时获得德国研究基金会(DFG)Th956/3-1号资助以及慕尼黑大学医学物理系通过迈尔-莱布尼茨实验室提供的支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 铀-233 源 | Institut für Radiochemie Universität Mainz | 定制 | 290 kBq U-233 沉积在直径 90 mm 的基底上 |
| 射频漏斗(RF funnel) | Secamus Laserschneidtechnik GmbH | 定制 | 50 环电极,激光切割并电化学抛光 |
| 缓冲气体减速室(Buffer-gas stopping cell) | LMU 慕尼黑大学车间 | 定制 | 用于缓冲气体减速室的 DN200 CF 真空腔体 |
| 粗抽泵 | Leybold | Screwline SP 250 | 整个系统的粗抽泵 |
| 粗抽泵控制器 | Siemens | Micromaster 420 | Screwline SP 250 的控制单元 |
| 前级压力真空计 | Pfeiffer | TPR 265 | 粗抽泵的压力控制 |
| 减速室真空计 1 | Pfeiffer | CMR 261 | 减速室压力控制(高压范围) |
| 减速室真空计 2 | Pfeiffer | PBR 260 | 减速室压力控制(低压范围) |
| 射频四极杆(RFQ)真空计 | Pfeiffer | PKR 261 | RFQ 压力读出的压力控制 |
| 质谱仪(QMS)压力计 | Pfeiffer | PKR 261 | QMS 压力读出的压力控制 |
| 压力控制单元 | Pfeiffer | TPG 256 A | 所有压力计的控制单元 |
| 控制计算机 1 | Fujitsu | 未知 | 缓冲气体减速室的控制计算机 |
| 带 CPU 的 Simatic | Siemens | S7-300 | 用于自动化与控制的 Simatic 系统 |
| 无 CPU 的 Simatic | Siemens | ET 200M | 用于自动化与控制的 Simatic 模块 |
| 真空阀 | SMC | XLH-40 | 用于抽气控制的真空阀 |
| 超高真空闸阀(UHV gate valve) | VAT | 48240-CE74 | 运行期间关闭减速室的闸阀 |
| 分子涡轮泵 1 | Pfeiffer | TMU 400M | 用于减速室的涡轮泵 |
| 分子涡轮泵 1 控制单元 | Pfeiffer | TCM 1601 | TMU 400M 分子涡轮泵的控制单元 |
| 分子涡轮泵 2 | Pfeiffer | HiMag 2400 | 用于 RFQ 的涡轮泵 |
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| 分子涡轮泵 3 控制单元 | Edwards | SCU-800 | Edwards STP 603 分子涡轮泵的控制单元 |
| 气体管路旁通阀 | Swagelok | SS-6BG-MM | 用于旁通质量流量控制器的阀门 |
| 加热套 | Isopad | 定制 | 用于减速室和 RFQ 烘烤的加热套 |
| 温度传感器 | Isopad | TAI/NM NiCrNi | 用于烘烤系统的温度传感器 |
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| 催化气体纯化器 | SAES MonoTorr | PS4-MT3-R-2 | 用于提供超高纯氦气的气体纯化器 |
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| 质量流量控制器 | AERA | FC-780CHT | 用于氦气供应的质量流量控制阀 |
| 质量流量阀控制单元 | LMU 慕尼黑大学电子车间 | 定制 | AERA 质量流量控制器的控制单元 |
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| 漏斗直流电压电源 | Heinzinger | LNG 350-6 | 为漏斗直流梯度供电的电源 |
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| 漏斗射频放大器 | Electronic Navigation Industries | ENI 240L-1301 | 漏斗用射频放大器 |
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| 提取用射频四极杆(Extraction RFQ) | LMU 慕尼黑大学车间 | 定制 | 用于离子束形成或存储的提取 RFQ |
| RFQ 射频发生器 | Stanford Research Systems | SRS DS 345 | RFQ 用射频发生器 |
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| 束团电极射频放大器 | LMU 慕尼黑大学电子车间 | 定制 | 束团电极用射频放大器 |
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| USB-模拟转换器 | EA Elektro-Automatik | UTA12 | 用于生成 QMS 高压移位器的信号 |
| QMS 高压移位器 | LMU 慕尼黑大学电子车间 | 定制 | 用于调节 QMS 直流模块的电压 |
| QMS 直流模块 | LMU 慕尼黑大学电子车间 | 定制 | 为 QMS 提供直流电压的模块 |
| QMS 射频发生器 | Tektronix | AFG 3022B | QMS 用射频发生器 |
| QMS 射频放大器 | LMU 慕尼黑大学电子车间 | 定制 | QMS 用射频放大器 |
| 示波器(Picoscope) | Pico Technology | Picoscope 4227 | 用于 QMS 射频控制的示波器 |
| 控制计算机 2 | Fujitsu | Esprimo P900 | QMS 的控制计算机 |
| 三极管提取系统 | LMU 慕尼黑大学车间 | 定制 | 由三个环形电极组成的离子引导系统 |
| 微通道板探测器(MCP detector) | Beam-Imaging-Solutions | BOS-75-FO | 带荧光屏的微通道板探测器 |
| MCP 前端直流电源 | Keithley Instruments | HV Supply 246 | MCP 前端电压电源 |
| MCP 后端直流电源 | CMTE (NIM 模块) | HV 3160 | MCP 后端电压电源 |
| 荧光屏直流电源 | Fluke | HV Supply 410B | 荧光屏电压电源 |
| CCD 相机 | PointGrey | FL2-14S3M-C | 用于图像记录的 CCD 相机 |
| 控制计算机 3 | Fujitsu | Esprimo P910 | CCD 相机的控制计算机 |
| 避光外壳 | LMU 慕尼黑大学车间 | 定制 | 用于 CCD 相机的避光木箱 |
| 液氮供应杜瓦瓶 | Isotherm | 未知 | 用于提供干燥氮气吹扫的杜瓦瓶 |
| 液氮蒸发器 | LMU 慕尼黑大学车间 | 定制 | 用于提供干燥氮气的蒸发器 |
| 单阳极微通道板探测器 | Hamamatsu | F2223 | 用于寿命测量的单阳极 MCP 探测器 |
| MCP 阳极直流电源 | Fluke | HV supply 410B | MCP 阳极电压电源 |
| 前置放大器电源 | Delta Elektronika | E 030-1 | 前置放大器的电源 |
| MCP 信号前置放大器 | Ortec | VT120A | MCP 信号的前置放大器 |
| MCP 信号放大器 | Ortec (NIM 模块) | Ortec 571 | MCP 信号的放大器 |
| 恒定分数甄别器(CFD) | Canberra | 1428A | 用于 MCP 信号的恒定分数甄别器 |
| 多通道定标器 | Stanford Research | SR 430 | 用于信号读出的多通道定标器 |
| 控制计算机 4 | Fujitsu | Esprimo P920 | 定标器读出的控制计算机 |
| Labview | National Instruments | 多个版本 | 用于测量控制的程序 |
| Matlab | Mathworks Inc. | 版本 7.0 | 用于数据分析的程序 |