Name: Préparation dun Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: Apprenez à produire un faisceau d'ions Thorium-229 isotopiquement pur à partir d'une source d'Uranium-233. Cette méthode permet d'étudier la décroissance par conversion interne de l'état isomère 229mTh.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Ces travaux ont été soutenus par le programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de l'accord de subvention no 664732 "nuClock", par la subvention Th956/3-1 du DFG, et par le département de physique médicale de l'UML via le laboratoire Maier-Leibnitz.

Les auteurs n'ont rien à révéler.

La gamme de recensants - noyaux de fille de décomposition dans l'uranium s'élève seulement à environ 16 nm. Afin d'atteindre une grande efficacité de la source d'ions de recul pour une activité de source donnée, il est obligatoire de limiter l'épaisseur du matériau source à cette plage. L'efficacité d'extraction du recul est fortement affectée par la propreté de la cellule tampon-gaz. Les contaminations du gaz d'arrêt entraîneront un échange de charge ou la formation de molécules. Par conséquent, la cellule à gaz elle-même doit être construite selon des normes de vide ultra-élevées, en particulier pour permettre une cuisson de la cellule et d'éviter toute matière organique à l'intérieur. Le gaz d'arrêt doit être purifié selon l'état technique de l'art, à partir de la pureté du gaz de haute qualité assistée par la purification catalytique et la livraison à la cellule de gaz via une ligne d'approvisionnement en gaz ultra-propre, partiellement entouré par un piège cryogénique à geler les impuretés. En général, un alignement attentif de l'axe central de la configuration complète à la position de la buse d'extraction des cellules gazeuses est essentiel pour atteindre une efficacité de transport et de détection élevée29.
L'étape 1.4.5 est la plus critique du protocole. Pour une extraction efficace des ions, une amplitude RF élevée doit être appliquée à l'électrode de l'anneau d'entonnoir. Cependant, si l'amplitude est choisie trop haut, des étincelles dans la cellule à gaz se produiront. L'amplitude maximale de tension RF réalisable dépend de façon critique de la pureté du gaz tampon. Une application réussie de tension est surveillée par le courant de la tension de décalage d'entonnoir. Ce courant va augmenter dans le cas des étincelles. Si des étincelles se sont produites, la procédure de cuisson doit être répétée afin de garantir la plus grande efficacité d'extraction d'ion.
Un autre point critique est l'application des hautes tensions au détecteur MCP (étapes 1.6.2-1.6.4). Les émissions sur le terrain peuvent se produire sur le MCP, conduisant à l'émission d'électrons qui peuvent conduire à des signaux artéfactuels.
L'extraction optimale des ions et le transport (refroidi et purifié en masse) vers l'unité de détection nécessitent un alignement soigneux de l'axe optique central. La disponibilité d'un système d'alignement optique (laser d'alignement ou théodolite) est essentielle. Le transport d'ions efficace par l'extraction RFQ et le QMS nécessite une stabilisation continue des amplitudes de radiofréquence pour les deux phases opposées appliquées à chaque paire opposée de tiges29. L'identification des problèmes d'extraction ou de transport peut être facilitée par un diagnostic d'ions réalisé, par exemple, par l'intermédiaire d'un détecteur multicanal placé soit consécutivement à différentes positions le long de la trajectoire ionique pendant la phase de mise en service de la configuration, ou alternativement, par exemple, moins de 90o derrière le RFQ d'extraction avec une tension de surface négative élevée (1-2 kV) pour attirer tous les ions extraits vers le détecteur.
Pendant l'opération, il est généralement possible que deux problèmes surviennent. Toutes les tensions ne sont pas correctement appliquées. Dans ce cas, généralement aucun ions ne sont extraits, et on doit trouver la place de tension mal appliquée. En outre, des impuretés sont présentes dans le tampon-gaz à hélium. Dans ce cas, l'efficacité d'extraction des ions de thorium chargés par triply sera considérablement réduite et la formation de molécules se produit. Dans le pire des cas, même les étincelles apparaissent lorsque la tension de l'entonnoir est appliquée. La raison de la pureté insuffisante du gaz est généralement une fuite dans la conduite d'approvisionnement en gaz ou une bride mal fermée de la cellule d'arrêt de gaz tampon.
La méthode décrite pour générer un faisceau propre d'ions contenant l'isomère énergétiquement basse de 229 mth peut être appliquée à tous les cas comparables où l'ion d'intérêt peut être extrait de l'atmosphère tampon-gaz en quantités importantes. La propreté de la cellule gazeuse et du gaz tampon est obligatoire, de fait, la quantité d'impuretés gazeuses restantes est une limitation de la sensibilité de la méthode. Alors que le détecteur de micro-plaques (MCP) utilisé est basé sur la détection d'électrons, tel qu'exploité ici pour l'enregistrement des électrons de conversion à basse énergie, ce cas se situe déjà à la frontière de faible énergie de la courbe d'efficacité pour MCPs38, tandis que pour des énergies plus élevées la méthode gagnerait de manière significative dans l'efficacité de détection.
Jusqu'à présent, la méthode décrite a fourni la seule identification directe et sans ambiguïté signalée de la désexcitation de l'isosomer de thorium. Alternativement, les cristaux transparents ultra-violets sous vide (VUV) (avec de grands bandgaps, dépassant l'énergie d'excitation supposée de l'isore) sont dopés avec 229Th. L'objectif est de placer 229Th ions en haute (4)état de charge des positions de treillis de cristal, d'inhiber la désexcitation par l'écart de grande bande et de viser une excitation de l'isore à l'aide de rayons X provenant de sources lumineuses synchrotron. Malgré le concept élégant de cette approche, jusqu'à présent aucune fluorescence VUV n'a pu être observée dans une série d'expériences rapportées par plusieurs groupes dans le monde39,40,41,42,43 . Il en va de même pour une classe d'expériences qui vise à réaliser l'excitation nucléaire de l'isosomer via la coquille d'électron de 229Th, en utilisant une transition dite électron-pont. Ici, un couplage résonnant entre une transition de coquille d'électron et l'isore nucléaire devrait permettre une population d'isore plus efficace44,45. D'autres expériences qui visent à l'étude des propriétés isomeriques sont basées sur la micro-calorimétrie46 ou l'observation de l'hyperfine-shift dans la coquille atomique47. Très récemment, une autre méthode pour exciter l'isosomer dans un plasma induit par laser a été signalée48 et fait l'objet de discussions scientifiques au sein de la communauté.
La découverte du canal de désintégration de conversion interne du thorium isomer11 et la détermination de la demi-vie correspondante de 229mTh (7(1)12 peuvent être exploitées à l'avenir pour réaliser une première excitation avec un laser VUV pulsé et réglable basé sur la technologie déjà existante. Ainsi, le paradigme actuel que cela nécessiterait une bien meilleure connaissance de l'énergie d'excitation et un développement laser personnalisé correspondant peut être contourné. En revanche, l'exploitation de la connaissance de l'émission interne d'électrons de conversion, gating la détection des électrons de conversion avec l'impulsion laser fournira un rapport signal-arrière élevé, tout en permettant un balayage de 1 eV d'excitation dans moins de 3 jours49. En outre, une détermination de l'énergie d'excitation de l'isomètre, toujours en cours, peut être basée sur la méthode décrite de générer le faisceau de 229mTh en envoyant des électrons de décomposition IC dans un spectromètre d'électrons à bouteille magnétique avec retard grilles d'électrodes de champ50. La même technique permettra également de déterminer la durée de vie iomérique pour différents environnements chimiques (parexemple, sur les matériaux à large bande comme CaF2 ou l'argon congelé) ou dans 229Th- ainsi que dans l'atome libre et neutre.
La méthode décrite pour générer un faisceau d'ions de thorium isotopiquement pur de l'état de charge de 3 degrés peut être utilisée comme outil pour fournir des ions de thorium pour de futures expériences de spectroscopie laser. Dans ce cas, le faisceau d'ions peut être utilisé pour charger un piège Paul d'une manière stable et efficace. Jusqu'à présent, la seule méthode alternative est de produire 229Th3 par ablation laser à partir d'une cible solide. Ceci, cependant, exige des intensités élevées de laser et une grande quantité de 229Th, qui est un matériel radioactif coûteux et mène à la contamination des composants utilisés de vide. Pour cette raison, la méthode décrite peut être d'un avantage significatif quand il s'agit d'expériences de spectroscopie laser nucléaire. Une première application de ce type a déjà été publiée51.

Le premier état métastable excité dans le noyau thorium-229, dénoté comme 229mTh, présente une position spéciale dans le paysage nucléaire, car il possède l'énergie d'excitation nucléaire la plus basse de tous les états actuellement connus vers le nucléaire. Alors que les énergies nucléaires typiques vont du keV jusqu'à la région MeV, 229mTh possède une énergie inférieure à 10 eV au-dessus de l'état de sol nucléaire1,2,3. La valeur énergétique actuellement la plus acceptée pour cet état est de 7,8(5) eV4,5. Cette faible valeur énergétique a suscité l'intérêt de différentes communautés physiques et a conduit à la proposition de plusieurs applications intéressantes. Parmi eux sont un laser nucléaire6, un qubit très stable pour l'informatique quantique7 et une horloge nucléaire8,9.
La raison pour laquelle 229mTh devrait offrir une grande variété d'applications est basée sur le fait que, en raison de son extraordinaire faible énergie, il est le seul état nucléaire qui pourrait permettre l'excitation laser nucléaire directe en utilisant actuellement disponible laser technique. Jusqu'à présent, cependant, l'excitation laser nucléaire directe de 229mTh a été empêchée par une connaissance insuffisante des paramètres de l'état métastable comme son énergie précise et sa durée de vie. Bien que l'existence d'un état nucléaire excité de faible énergie en 229Th a déjà été conjecturé en 197610, toutes les connaissances sur cet état ne pouvait être déduite de mesures indirectes, ne permettant pas une détermination précise de sa décomposition Paramètres. Cette situation a changé depuis 2016, lorsque la première détection directe de la désintégration de 229mTh a ouvert la porte à une multitude de mesures visant à identifier les paramètres de l'état excité11,12. Ici, un protocole détaillé est fourni, qui décrit les étapes individuelles nécessaires pour une détection directe de 229mTh tel qu'atteint dans l'expérience de 2016. Cette détection directe fournit la base d'une détermination précise de l'énergie et de la durée de vie de 229mTh et donc pour le développement d'une horloge nucléaire. Dans ce qui suit, le concept d'une horloge nucléaire comme l'application la plus importante pour 229mTh sera discuté.
Avec une largeur de ligne relative de 'E/E'10-20, la transition sol-état de l'isomer de thorium est potentiellement qualifiée de norme de fréquence nucléaire ('horloge nucléaire')8,9. En raison d'un noyau atomique d'environ 5 ordres de grandeur plus petits par rapport à la coquille atomique, les moments nucléaires (dipole magnétique et quadrupole électrique) sont donc plus petits que ceux des atomes, rendant une horloge nucléaire largement immunisée contre l'externe perturbations (par rapport aux horloges atomiques de pointe actuelles). Par conséquent, une norme de fréquence nucléaire promet une opération d'horloge très stable et précise. Bien que la précision obtenue dans les meilleures horloges atomiques actuelles atteigne environ 2,1x10-1813, correspondant à une déviation de 1 seconde dans une période de temps considérablement plus longue que l'âge de l'univers, les horloges nucléaires détiennent le potentiel d'un autre l'amélioration qui pourrait devenir essentielle pour un vaste champ d'applications. Les systèmes de navigation par satellite comme le Global Positioning System (GPS), le Global Navigation Satellite System (GLONASS) ou Galileo fonctionnent actuellement avec une précision de positionnement de quelques mètres. Si cela pouvait être amélioré à l'échelle du centimètre, voire du millimètre, une pléthore d'applications pourraient être envisagées, de la conduite autonome au suivi des marchandises ou des composants. Outre des horloges très précises, de tels systèmes nécessiteraient un fonctionnement fiable et ininterrompu, avec une stabilité de dérive à long terme qui assure des intervalles de longue resynchronisation. L'utilisation d'horloges nucléaires pourrait s'avérer bénéfique de ce point de vue pratique. D'autres applications pratiques des horloges nucléaires (réseaux synchronisés) pourraient se trouver dans le domaine de la géodésie relativiste14, où l'horloge agit comme un capteur de gravité 3D, reliant les différences potentielgravitationals locales u à mesurée (relative) différences de fréquence d'horloge 'f/f par l'intermédiaire de la relation 'f/f'-U/c2 (c dénotant la vitesse de la lumière). Les meilleures horloges actuelles sont capables de détecter les changements gravitationnels des différences de hauteur d'environ 2 cm. Ainsi, des mesures ultra-précises à l'aide d'un réseau d'horloge nucléaire pourraient être utilisées pour surveiller la dynamique des chambres de magma volcaniques ou des mouvements des plaques tectoniques15. En outre, l'utilisation de ces réseaux d'horloge a été proposée comme un outil pour rechercher la classe théoriquement décrite de matière noire topologique16. Une discussion approfondie peut être trouvée dans la littérature sur l'application d'une horloge nucléaire à base de 229mTh dans la quête de la détection des variations temporelles potentielles des constantes fondamentales comme la structure fine constante - ou la forte interaction paramètre (mq/QCD, avec mq représentant la masse de quark etQCD le paramètre d'échelle de l'interaction forte), suggéré dans quelques théories unifiant la gravité avec d'autres interactions17. La détection d'une variation temporelle de l'énergie de transition sol-état de 229mTh peut fournir une sensibilité accrue d'environ 2-5 ordres de grandeur pour les variations temporelles de la structure fine constante ou le paramètre d'interaction forte 18,19,20,21,22,23,24,25,26. La limite expérimentale actuelle pour une telle variation de 'd'/dt)/0,7 (2.1)10-17/yr27. Dans la suite, l'approche expérimentale pour la détection directe de la désintégration de l'état sol de 229 mde Th sera décrite.
La preuve de l'existence de l'isosomer 229-thorium jusqu'à récemment ne pouvait être déduite que de mesures indirectes, suggérant une énergie d'excitation de 7,8(5) eV (équivalent à une longueur d'onde dans la gamme spectrale ultra-violette sous vide de 160(11) nm)4 , 5. Notre approche expérimentale, visant à identifier directement la désexcitation isomerique de l'état du sol du isore de 229 mTh, s'appuie sur une séparation spatiale de la population d'isomères dans une cellule d'arrêt tampon-gaz, suivie d'une extraction, et le transport séparé en masse vers une unité de détection appropriée pour enregistrer les produits de déexcitation28,29. Ainsi, la population et la désexcitation de l'isore peuvent être démêlées, résultant en un environnement de mesure propre, non affecté par des contributions de fond rapides. La population de l'isore est atteinte par l'intermédiaire de la désintégration d'une source radioactive 233U, où une branche de désintégration de 2% ne se produit pas directement à l'état de sol de 229Th, mais peuple l'état isomerique première excitée à la place. Les noyaux de recul de désintégration sont thermiques dans une atmosphère d'hélium ultra-pure d'une cellule d'arrêt de gaz tampon, avant d'être guidés par des champs de radiofréquence électrique (RF) et de courant direct (DC) vers une buse d'extraction, où le jet de gaz supersonique émergent traîne dans une chambre à vide adjacente, abritant une structure de quadrupole de radiofréquence (segmentée) (RFQ) agissant comme guide d'ions, refroidisseur d'espace de phase et potentiellement aussi comme piège linéaire de Paul pour empaqueter les ions extraits. Pour une description détaillée de la cellule d'arrêt du gaz tampon et de l'extraction RFQ voir Refs. 30 Ans, états-unis ( , 31 Ans, états-unis ( , 32. Étant donné que, jusqu'à ce moment, le faisceau d'ions extrait contient en plus de 229(m)Th également la chaîne de produits de fille de pourriture, la séparation de masse est effectuée à l'aide d'un séparateur de masse quadrupole (QMS) dans une chambre à vide ultérieure pour enfin générer un faisceau isotopique ment pur de 229(m)Th dans des états de charge sélectionnables (q-1-3). Une description détaillée du QMS peut être trouvée dans Refs. 33 Ans, états-unis ( , 34. La détection de la désintégration iomérique a été réalisée en empiéchant les ions Th directement à la surface d'un détecteur de plaque microcanal (MCP), où les électrons sont libérés, accéléré vers un écran de phosphore et vu par un dispositif couplé à la charge (CCD) appareil-photo. Un aperçu de la configuration expérimentale est montré dans la figure 1. Une description détaillée est donnée dans Réf.35.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig1.jpg"> Figure 1 : Aperçu de la configuration expérimentale. L'isosomer de thorium-229 est peuplé par l'intermédiaire de la branche de désintégration de 2% dans la désintégration de l'uranium-233. 229m Les ions, qui quittent la source 233U en raison de leur énergie de recul cinétique, sont thermiques dans une cellule d'arrêt de gaz tampon remplie de gaz d'hélium de 30 mbar. Les ions sont extraits du volume d'arrêt avec l'aide pour les champs RF et DC et un faisceau d'ions de faible énergie est formé à l'aide d'un quadrupole de radiofréquence (RFQ). Le faisceau d'ions est purifié en masse à l'aide d'un séparateur de masse quadrirupole (QMS) et les ions sont doucement implantés dans la surface d'un détecteur de micro-canal-plaque (MCP) combiné avec un écran de phosphore qui permet la détection spatialement résolue de n'importe quel signaux survenant. Avec la permission aimable de Springer Research, ce chiffre a été modifié à partir de11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig1large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Le protocole suivant décrit la procédure sous-jacente pour générer le faisceau ionique de 229(m)Th qui a permis la première détection directe de la désintégration de l'état du sol de l'isosomer de thorium, jetant ainsi les bases pour étudier ses propriétés de décomposition en tant que préalable au contrôle tout optique de cet État nucléaire exotique en vue de son application en tant que norme de fréquence nucléaire ultra-précise. Pour une meilleure orientation, un aperçu schématique de la configuration utilisée pour la détection directe de la désintégration iomérique11 est fourni à la figure 2, contenant un étiquetage numérique des composants abordés dans le protocole suivant. Aussi les composants utilisés pour la détermination à vie12 sont contenus comme un endommagement.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig2.jpg"> Figure 2 : Croquis schématique de la configuration expérimentale utilisée pour la détection de la désintégration isomerique. Les composants utilisés pour la mesure de la durée de vie sont indiqués comme un enset. Les composants individuels qui seront référencés dans la section protocole sont étiquetés numériquement. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig2large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

<table><tbody><tr><td>Uranium-233 Source :</td><td>Institut f&uuml ; r Radiochemie Universit&auml ; t Mayence</td><td>personnalisé</td><td>290 kBq U-233 déposé sur</td></tr><tr><td>un entonnoir RF</td> de 90 mm de diamètre <td>Secamus Laserschneidtechnik GmbH</td><td>50 électrodes annulaires personnalisées, découpées au laser et électropolies</td><td></td></tr><tr><td>Cellule d’arrêt de gaz tampon</td><td>Atelier de LMU Munich</td><td>Vacuuchamber DN200 CF personnalisé pour cellule d’arrêt de gaz tampon</td><td></td></tr><tr><td>Pompe d’ébauche Leybold</td><td></td><td>Screwline SP 250</td><td>Pompe d’ébauche pour l’ensemble système</td></tr><tr><td>Commande de pompe d’ébauche</td><td>Siemens</td><td>Micromaster 420</td><td>Unité de commande pour Screwline SP 250</td></tr><tr><td>Jauge à vide</td><td>Prépression Pfeiffer</td><td>TPR 265</td><td>Commande de pression pour pompe d’ébauche</td></tr><tr><td>Cellule de jauge à vide 1</td><td>Pfeiffer</td><td>CMR 261</td><td>Commande de pression pour cellule (plage de pression élevée)</td></tr><tr><td>Cellule de jauge à vide 2</td><td>Pfeiffer</td><td>PBR 260</td><td>Commande de pression pour cellule ( Plage basse pression)</td></tr><tr><td>Viomètre RFQ</td><td>Pfeiffer</td><td>PKR 261</td><td>Contrôle de la pression pour l’affichage de la pression RFQ</td></tr><tr><td>Manomètre QMS</td><td>Pfeiffer</td><td>PKR 261</td><td>Contrôle de la pression pour l’affichage de la pression QMS</td></tr><tr><td>Unité de contrôle de la pression</td><td>Pfeiffer</td><td>TPG 256 A</td><td>Unité de contrôle pour tous les manomètres</td></tr><tr><td>PC de commande 1</td><td>Fujitsu</td><td>inconnu</td><td>Ordinateur de commande pour gaz tampon cellule d’arrêt</td></tr><tr><td>Simatic avec CPU</td><td>Siemens</td><td>S7-300</td><td>Simatic pour l’automatisation et la commande</td></tr><tr><td>Simatic sans CPU</td><td>Siemens</td><td>ET 200M</td><td>Simatic pour l’automatisation et la régulation</td></tr><tr><td>Vannes à vide</td><td>SMC</td><td>XLH-40</td><td>Vannes à vide pour le contrôle d’évacuation</td></tr><tr><td>Vanne à guillotine UHV</td><td>TVA</td><td>48240-CE74</td><td>Vanne à guillotine pour la fermeture de la cellule en cours de fonctionnement</td></tr><tr><td>Pompe turbomoléculaire 1</td><td>Pfeiffer</td><td>TMU 400M</td><td>Pompe turbo pour cellule</td></tr><tr><td>Unité de commande pour TMP 1</td><td>Pfeiffer</td><td>TCM 1601</td><td>Unité de commande pour TMP TMU 400M</td></tr><tr><td>Pompe turbomoléculaire 2</td><td>Pfeiffer</td><td>HiMag 2400</td><td>Pompe Trubo pour RFQ</td></tr><tr><td>Pompe turbomoléculaire 3</td><td>Edwards</td><td>STP 603</td><td>Pompe Trubo pour QMS</td></tr><tr><td>Unité de commande pour TMP 3</td><td>Edwards</td><td>SCU-800</td><td>Unité de commande pour TMP Edwards STP 603</td></tr><tr><td>Vanne de dérivation des tubes de gaz</td><td>Swagelok</td><td>SS-6BG-MM</td><td>Vanne de dérivation du régulateur de débit massique</td></tr><tr><td>Manchons chauffants</td><td>Isopad</td><td>personnalisés</td><td>Manchons chauffants pour cuisson hors cellule et RFQ Capteurs de</td></tr><tr><td>température</td><td>Isopad</td><td>TAI/NM NiCrNi</td><td>Capteurs de température pour système de cuisson</td></tr><tr><td>Unité de contrôle du chauffage</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>Unité</td><td>de commande personnalisée pour manchons chauffants Isopad</td></tr><tr><td>Purificateur de gaz catalytique</td><td>SAES MonoTorr</td><td>PS4-MT3-R-2</td><td>Purificateur de gaz pour l’alimentation en hélium ultra-pur</td></tr><tr><td>Cylindre de gaz</td><td>He Air Liquide</td><td>He 6.0, 50 litres</td><td>Hélium de 99,9999 %</td></tr><tr><td>de pureté Réducteur de pression</td><td>Druva</td><td>FMD 502-16</td><td>Réducteur de pression pour bouteille de gaz He</td></tr><tr><td>Vanne d’alimentation en gaz</td><td>Swagelok</td><td>SS-6BG-MM</td><td>Vanne pour ouvrir ou fermer l’alimentation en gaz</td></tr><tr><td>Régulateur de débit massique</td><td>AERA</td><td>FC-780CHT</td><td>Vanne de régulation de débit massique pour l’unité</td></tr><tr>de régulation de l’alimentation<td>He pour la vanne de débit massique</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>Unité</td><td>de commande personnalisée pour le contrôle de débit massique AERA</td></tr><tr><td>Tube de gaz</td><td>Dockweiler</td><td>Ultron</td><td>Tube de gaz électropoli pour l’alimentation He</td></tr><tr><td>Piège</td> <td>cryogéniquePiège cryogénique isotherme</td><td>inconnu</td><td>pour la purification de l’He (en option)</td></tr><tr><td>Alimentation en tension continue pour la source</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td> Alimentation <td>en</td><td>tension continue personnalisée pour la source U-233</td></tr><tr><td>Alimentation en tension continue pour l’entonnoir</td><td>Heinzinger</td><td>LNG 350-6</td><td>Alimentation pour le gradient continu de l’entonnoir</td></tr><tr><td>Alimentation en tension continue pour RFQ</td><td>Iseg</td><td>Alimentation en</td><td>tension continue inconnue pour le décalage de l’entonnoir, buse et RFQ</td></tr><tr><td>Buse Laval</td><td>Friatec AG</td><td></td><td>Buse Laval personnalisée pour l’extraction de He et d’ions</td></tr><tr><td>Alimentation en tension continue pour l’empileuse</td><td>Heinzinger</td><td>LNG 350-6</td><td>Alimentation en courant continu pour l’électrode de regroupement</td></tr><tr><td>Module</td><td>de déclenchement Atelier électronique de LMU Munich</td><td>Module</td> de <td>déclenchement personnalisé pour le fonctionnement en grappes</td></tr><tr><td>Générateur RF pour entonnoir</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SRS DS 345</td><td>Générateur RF pour entonnoir</td></tr><tr><td>Amplificateur RF pour entonnoir</td><td>Industries de navigation électronique</td><td>ENI 240L-1301</td><td>Amplificateur Rf pour entonnoir</td></tr><tr><td>Diviseur de phase RF pour entonnoir</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td></td><td>Diviseur de phase RF personnalisé pour entonnoir</td></tr><tr><td>RF + DC Mélangeur pour entonnoir</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td></td><td>Diviseur de tension personnalisé et mélangeur RF + DC pour tension</td></tr> <tr><td>d’entonnoirExtraction RFQ</td><td>Atelier de LMU Munich</td><td>Extraction personnalisée</td><td>RFQ pour la formation ou le stockage de faisceaux d’ions</td></tr><tr><td>Générateur RF pour</td><td>RFQ Stanford Research Systems</td><td>SRS DS 345</td><td>Générateur RF pour RFQ</td></tr><tr><td>Amplificateur RF pour RFQ Atelier</td><td>électronique de LMU Munich</td><td>Amplificateur RF personnalisé pour RFQ</td><td></td></tr><tr><td>Amplificateur RF pour électrode de paquet</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Amplificateur RF pour électrode de paquet</td></tr><tr><td>Mélangeur RF+DC pour RFQ</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Mélange les potentiels RF et DC pour la tension RFQ</td></tr><tr><td>Électrode de sortie</td><td>RFQ Atelier de LMU Munich</td><td>Ouverture</td> de sortie personnalisée de <td>2 mm de diamètre pour pompage différentiel</td></tr><tr><td>Alimentation DC 4 canaux</td><td>Mesytec</td><td>MHV 4</td><td>DC décalage pour ouverture et triode</td></tr><tr><td>QMS</td><td>Atelier de LMU Séparateur</td><td></td> de <td>masse quadripolaire personnalisé de Munich pour la sélection m/q</td></tr><tr><td>Module de décalage DC Brubaker</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td></td><td>Alimentation de décalage DC personnalisé pour les objectifs Brubaker de QMS</td></tr><tr><td>Module de décalage DC QMS Atelier</td><td>électronique de LMU Munich</td><td></td><td>Alimentation de décalage DC personnalisée pour convertisseur</td></tr><tr><td>USB-analogique</td><td>QMS EA Elektro-Automatik</td><td>UTA12</td><td>pour générer un signal pour QMS HV levier</td></tr><tr>de<td>vitesses QMS HV</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>pour décaler la tension du module QMS DC</td></tr><tr><td>MODULE QMS DC</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Module pour fournir des tensions continues pour QMS</td></tr><tr><td>Générateur RF pour QMS</td><td>Tektronix</td><td>AFG 3022B</td><td>Générateur RF pour QMS</td></tr><tr><td>Amplificateur RF pour QMS</td><td>Atelier électronique de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Amplificateur RF pour QMS</td></tr><tr><td>Picoscope Pico</td><td>Technology Picoscope</td><td>4227</td><td>Oscilloscope pour QMS Contrôle</td></tr><tr><td>RF Contrôle PC 2</td><td>Fujitsu</td><td>Esprimo P900</td><td>Ordinateur de contrôle pour QMS</td></tr><tr><td>Système d’extraction Triode</td><td>Atelier de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Ensemble de trois électrodes annulaires pour guider les ions</td></tr><tr><td>Détecteur MCP</td><td>Beam-Imaging-Solutions</td><td>BOS-75-FO</td><td>Détecteur MCP avec capteur de phosphore</td></tr><tr><td>Alimentation en tension continue pour MCP</td><td>Keithley Instruments</td><td>Alimentation HV 246</td><td>Alimentation en tension pour MCP face avant</td></tr><tr><td>Alimentation en tension continue pour MCP</td><td>CMTE (module NIM)</td><td>HV 3160</td><td>Alimentation en tension pour MCP côté arrière</td></tr><tr><td>Alimentation en courant continu pour MCP</td><td>Fluke</td><td>HV Alimentation 410B</td> Alimentation en tension pour caméra CCD au <td>phosphore</td></tr><tr><td></td><td>PointGrey</td><td>FL2-14S3M-C</td><td>Caméra CCD pour l’enregistrement d’images</td></tr><tr><td>Contrôle PC 3</td><td>Fujitsu</td><td>Esprimo P910</td><td>Ordinateur de contrôle pour caméra CCD</td></tr><tr><td>Boîtier étanche à la lumière</td><td>Atelier de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Boîte en bois étanche à la lumière pour caméra CCD</td></tr><tr><td>Dewar pour l’alimentation LN2</td><td>Isotherme</td><td>inconnu</td><td>Dewar pour fournir de l’azote sec pour la ventilation</td></tr><tr><td>Évaporateur pour LN2</td><td>Atelier de LMU Munich</td><td>personnalisé</td><td>Évaporateur pour fournir de l’azote sec</td></tr><tr><td>Détecteur MCP à anode unique</td><td>Hamamatsu</td><td>F2223</td><td>MCP à anode simple pour la mesure de temps</td></tr><tr><td>de fonctionnement Alimentation en tension continue pour MCP</td><td>Alimentation</td><td>HV Fluke 410B</td><td>Alimentation en tension pour l’anode MCP</td></tr><tr><td>Alimentation pour le préamplificateur</td><td>Delta Elektronika</td><td>E 030-1</td><td>Alimentation pour préamplificateur</td></tr><tr><td>Préamplificateur pour signaux MCP</td><td>Ortec&nbsp ;</td><td>VT120A</td><td>Préamplificateur pour signaux MCP</td></tr><tr><td>Amplificateur pour signaux MCP</td><td>Ortec (module NIM)</td><td>Ortec 571</td><td>Amplificateur pour signaux MCP</td></tr><tr><td>CFD</td><td>Canberra</td><td>1428A</td><td>Discriminateur de fraction constante pour signaux MCP</td></tr><tr><td>Détartreur multicanal</td><td>Stanford Research</td><td>SR 430</td><td>Scaler multicanal pour la lecture de signaux</td></tr><tr><td>Contrôle PC 4</td><td>Fujitsu</td><td>Esprimo P920</td><td>Calculateur de contrôle pour la lecture du détartreur</td></tr><tr><td>Labview</td><td>National Instruments</td><td>différentes versions</td><td>Programme utilisé pour le contrôle des mesures</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td>version 7.0</td><td>Programme utilisé pour l’analyse des données</td></tr></tbody></table>

préparation d'un isotopically pure 229th ion beam for studies of 229mth

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Une méthodologie est décrite pour générer un faisceau ionique isotopique ment pur de 229Th dans les états de charge de 2 et 3 degrés. Ce faisceau d'ions permet d'étudier l'état isomerique de basse altitude d'abord excité de 229Th à une énergie d'excitation d'environ 7,8(5) eV et une durée de vie radiative allant jusqu'à 104 secondes. La méthode présentée a permis une première identification directe de la décomposition de l'isosomer de thorium, jetant les bases pour étudier ses propriétés de décomposition comme condition préalable à un contrôle optique de cette transition nucléaire. Haute énergie 229Th ions sont produits dans la désintégration d'une source radioactive 233U. Les ions sont thermiques dans une cellule d'arrêt de gaz tampon, extraits et par la suite un faisceau d'ions est formé. Ce faisceau d'ions est purifié par un séparateur de masse quadrupole pour générer un faisceau d'ions pur. Afin de détecter la désintégration iomérique, les ions sont recueillis à la surface d'un détecteur de plaque microcanal, où les électrons, comme émis dans la désintégration de conversion interne de l'état isomerique, sont observés.

La méthode décrite précédemment a permis l'extraction de produits de désintégration à partir d'une source Deca de 233U placée à l'intérieur d'une cellule d'arrêt de gaz tampon, actionnée à environ 30 mbar de gaz d'hélium ultra-pur à température ambiante. Pour la première fois jusqu'à des ions chargés par triply pourrait être extrait d'un tel dispositif avec une grande efficacité29. La figure 3a montre le spectre de masse des ions extraits de la cellule tampon-gaz, montrant trois groupes de 233produits u-désintégration (plus les adducts contaminants qui l'accompagnent) dans des états ioniques chargés individuellement, doublement et triply. Il convient de noter la dominance de 229Th3 'extraction par rapport à 233U3, tandis que les deux espèces sont extraites avec une intensité à peu près égale lors d'être doublement chargé. Ce fait a été utilisé pour des mesures comparatives avec 233ions U, ce qui a permis l'exclusion de tout impact ionique comme origine du signal.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig3.jpg"> Figure 3 : Identification de la décomposition directe de l'isosomer 229-thorium. a) Analyse de masse complète effectuée avec la source 233U 129. Les unités sont données en masse atomique (u) sur charge électrique (e). b) Comparaison des signaux MCP obtenus lors de l'accumulation de thorium et d'uranium dans les états de charge de 2 et 3 degrés (comme indiqué par les flèches reliant à l'analyse de masse). 233 ( en plus vous et 234sources U avez été utilisées (le numéro source est donné sur le côté droit de chaque ligne). Chaque image correspond à une mesure individuelle de 2 000 s de temps d'intégration (ouverture de 20 mm de diamètre indiquée par le cercle pointillé). Des mesures ont été effectuées à -25 V MCP tension de surface afin de garantir l'atterrissage en douceur des ions. c) Signal de la désintégration iomérique de 229Th obtenue au cours de l'extraction 229Th3 avec la source 1. Un diamètre de zone de signal d'environ 2 mm (FWHM) est atteint. L'intensité maximale du signal obtenue est de 0,08 compte/(s mm2) à un taux de fond d'environ 0,01 compte /(s mm2). Avec la permission aimable de Springer Research 11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig3large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Après le transport, le refroidissement et la séparation de masse, le faisceau d'ions empiète sur la surface d'un détecteur de micro-plaque de canal, où un faible potentiel de surface attrayant assure la suppression des signaux d'impact ioniques et ne laisse que des électrons provenant de l'interne Chaîne de désintégration (IC) du 229mTh isosomer à multiplier dans le fort champ électrique des canaux de plaque détecteur. Les signaux MCP obtenus pour trois sources d'uranium différentes sont affichés à la figure 3b. Les flèches du panneau supérieur indiquent l'espèce d'ions doublement ou triplement chargés qui a été sélectionnée à l'aide du séparateur de masse quadruplerupole dans chaque mesure individuelle. On y voit des images acquises avec la caméra CCD derrière l'écran de phosphore, sur lesquelles les électrons du MCP ont été accélérés. Le champ de vision de la caméra CCD est indiqué par les cercles pointillés pour les cercles triply (les deux premières colonnes) et doublement chargés (les deux dernières colonnes) 229Th et 233u ions, respectivement. La rangée supérieure représente le résultat obtenu pour une petite zone 233U source (vers 1000 extrait 229Th3 ions par seconde, source 1), tandis que la rangée inférieure montre la même chose pour une source plus forte avec environ 10.000 extraits 229Th3 ions par seconde (source 3). Il est évident que dans les deux cas un signal clair est obtenu pour 229Th, alors qu'aucune indication d'un signal électronique n'est observée pour 233U 11. Afin de prouver que ce signal provient en effet d'une désexcitation nucléaire et non d'un processus de coquille atomique, la rangée du milieu montre l'image de la caméra résultante lors de l'utilisation d'une source de 234U, où la désintégration de l'iso peuple l'isotope voisin 230 Th, avec une structure nucléaire électronique comparable, mais différente. Comme prévu pour 230Th, aucune indication d'un signal électronique de conversion n'est trouvée dans aucun des cas étudiés. Ainsi, le signal fort, affiché dans la figure 3c avec un excellent rapport signal-arrière, est clairement corrélé avec la décomposition de 229mTh.
D'autres mesures de vérification à l'appui de cette interprétation sont indiquées à la figure 4. Ils montrent deux mesures pour donner d'autres preuves que les signaux électroniques enregistrés proviennent en effet de la désintégration de l'isomère nucléaire : à la figure 4a, il est démontré que le potentiel de surface attrayant du détecteur MCP variait de -100 V ( favorisant l'apparition d'électrons à partir de l'impact ionique) jusqu'à 0 V, en comparant les taux de comptage enregistrés avec le MCP pour les 229Th2 (rouge) et 233u2 'ions (bleu). Il est clair que le taux de comptage descend à zéro pour 233U2 ' lors de la réalisation d'un «atterrissage en douceur» des ions entrants avec une tension de surface inférieure à environ -40 V, tandis qu'un taux de comptage considérable reste pour 229Th2 jusqu'à ce que le seuil de 0 V. Dans la figure 4b, la courbe bleue montre le taux de numération des électrons enregistré pour les ions extraits après une forte accélération vers la surface du détecteur MCP avec un impact Ionique de -2000 V. Impact ionique de 233U2 et 229Th2 ' ions est observée avec une intensité à peu près égale, comme déjà montré pour les ions doublement chargés dans le spectre de masse extraite de la figure 3a. La courbe rouge montre le même scénario, mais maintenant pour un «atterrissage en douceur» des ions entrants avec -25 V MCP potentiel de surface. Aucune indication du signal d'impact ionique de 233U2 est plus visible, tandis que pour 229Th2 ' un signal reste, provenant de la décomposition de conversion interne iomérique11.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig4.jpg"> Figure 4 : Mesures de vérification de la désintégration d'Isomer. a) 229Th2 Signal (rouge) contre 233U2 (bleu) en fonction de la tension de surface MCP. Les erreurs sont indiquées par des bandes ombragées. b) Signal d'ions extraits en fonction du rapport masse-charge derrière le QMS pour les tensions de surface MCP de -25 V (carie de l'isomère, rouge) et de -2 000 V (impact ionique, bleu). Notez les différents temps d'intégration et échelles d'axe. En plus du signal à 114,5 u/e (correspondant à 229Th2),un autre signal à 117,5 u/e se produit, qui provient de la désintégration iomérique de 235U. Avec la permission aimable de Springer Research11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig4large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Ainsi, il peut être prouvé sans ambiguïté (avec d'autres arguments donnés dans l'arbitre 11) que le signal observé à la figure 4 provient de la décomposition isomerique de 229 mTh et représente la première identification directe de la deexcitation de cet isomériser insaisissable.
Par la suite, l'extraction segmentée-RFQ a été actionnée comme un piège linéaire de Paul pour créer un faisceau d'ions groupés, permettant ainsi des mesures à vie de l'isosomer de thorium. Étant donné que notre vide à haute température ambiante ne permet pas des temps de stockage suffisamment longs pour étudier la durée de vie radiative prévue jusqu'à 104 secondes, seule une limite inférieure de t1/2 'gt; 1 minute pourrait être dérivée pour chargé 229mTh ions, limité par le temps de stockage d'ions maximum réalisable dans le piège linéaire Paul11. Cependant, en utilisant la même stratégie de détection que appliquée auparavant pour l'identification de la désintégration de l'isore après la neutralisation des ions de thorium à la surface d'un détecteur MCP, la durée de vie beaucoup plus courte prévue pour les atomes neutres de 229mTh subissant la désintégration interne de conversion donne accès à l'information à vie12. La figure 5a montre la forme prévue du spectre temporel de décomposition tel que simulé pour un bouquet d'ions d'une largeur d'impulsion de 10 degrés. Tandis que la courbe rouge indique le signal d'impact ionique et le signal d'une décomposition exponentielle avec la demi-vie de 7 s est représenté par la courbe grise avec une longue queue de décomposition, le signal attendu de la décomposition de l'iosomer de thorium, composé de l'impact ionique et de l'e la pourriture iomérique xponential, est illustrée par la courbe bleue. La figure 5b affiche le résultat de la mesure correspondante pour 233U3 (rouge) et 229Th3 (bleu), respectivement. Tandis que les ions d'uranium montrent seulement leur signal d'impact ionique, pour 229-thorium clairement la queue de décomposition prévue de la décomposition d'isomérique peut être observée12.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig5.jpg"> Figure 5 : Caractéristiques d'impact et de désintégration temporelles simulées et mesurées. a) Simulation des caractéristiques de temps de décomposition d'isomer de 229th grappes. La simulation est basée sur une forme de groupe mesurée et l'hypothèse que 2 % des 229ions Th sont dans l'état iomérique avec une demi-vie de 7 's après la neutralisation. L'efficacité de détection des électrons est supposée être 25 fois plus grande que l'efficacité de détection d'ion. b) Mesure de la désintégration iomérique à l'amian 229(m)Th3' faisceau ionique (bleu). Une mesure comparative avec 233U3 est indiquée en rouge. Avec la permission aimable de l'American Physical Society12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig5large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
L'ajustement de la queue de désintégration avec un exponentiel (correspondant à un ajustement linéaire à la représentation logarithmique dans la figure 6) entraîne finalement une demi-vie de la neutre 229mTh isosomer de 7(1) 's12. Cette valeur est bien d'accord avec la réduction théoriquement prévue de la durée de vie de neuf ordres de grandeur à partir de l'environ 104 secondes dans le cas de l'isosomer chargé en raison du grand coefficient de conversion deIC 109 37.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig6.jpg"> Figure 6 : Ajustement à 229m Courbe de pourriture. Parcelle logarithmique des caractéristiques de décomposition temporelle pour 229(m)Th2 'ions (a) et 229(m)Th3 'ions (b) avec une courbe d'ajustement appliquée pour extraire la demi-vie isomerique de 229mTh après recombinaison de charge sur la surface du détecteur MCP. Avec la permission aimable de l'American Physical Society12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig6large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

Nous présentons un protocole pour la génération d'un faisceau ionique de faible énergie isotopique purifié 229Th à partir d'une source de 233U. Ce faisceau d'ions est utilisé pour la détection directe de la désintégration de l'état du sol de 229 mde th par le canal de désintégration de conversion interne. Nous mesurons également la durée de vie interne de conversion de 229mTh ainsi.

Préparation d'un Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

A methodology is described to generate an isotopically pure 229Th ion beam in the 2+ and 3+ charge states. This ion beam enables one to investigate the ...

Cette méthode décrit la production d’un faisceau ionique thorium-229 isotopiquement pur suivant la désintégration alpha d’Uranium-233. Le principal avantage de cette technique est qu’elle nous permet d’étudier thorium-229 ions dans un état de faible énergie nucléaire excité qui est pertinent pour le développement des clubs nucléaires. Ines Amersdorffer, une étudiante de notre laboratoire, démontrera la procédure.Une source Uranium-233 est montée dans cet ensemble pour créer un faisceau ioniquement pur de Thorium-229. La chambre à vide a été évacuée et cuite pour se préparer à l’expérience. L’ensemble est derrière l’électronique utilisée pour surveiller et contrôler le système.Les chercheurs interagissent avec l’électronique principalement à travers des ordinateurs qui recueillent et affichent également les données. Ce schéma découpé représente des éléments de l’appareil. Considérez les étapes de la génération des isomères Thorium-229 et de la cellule tampon d’arrêt du gaz à leur détection à l’aide d’une caméra CCD.Un Becquerel de 290 kilos, grande surface Uranium-233 source produit la désintégration alpha Thorium-229 noyaux, y compris 2%des isomères premier état excité. Les noyaux rapides de thorium échappent à la source et sont thermiques dans une cellule d’arrêt tamponné-gaz tamponné de l’atmosphère d’hélium ultra-pure. Ensuite, ils rencontrent un système d’entonnoir électrique.Sa fréquence radio et ses champs électriques à courant direct les guident vers une buse d’extraction. Le jet de gaz supersonique de la buse emmène les noyaux dans une chambre à vide avec une structure quadrupole à radiofréquence. La structure agit comme un guide iion, refroidisseur d’espace face et potentiellement un piège à poteaux.La chambre sous vide suivante a un séparateur de masse quadrupole pour isoler isotopiquement pur Thorium-229 dans des états de charge sélectionnables. Un système d’électrode tridique avec des électrodes à trois œs concentre les ions sur le détecteur. L’interaction avec un détecteur de plaque de micro canal, provoque la décomposition des ions méta stables et libère des électrons qui sont multipliés et détectés sur un écran de phosphore avec la caméra CCD.Il s’agit d’un schéma transse sectionnel de la chambre à vide et de l’équipement associé. Commencez l’expérience en commençant le purificateur de gaz catalytique et en attendant 20 minutes pour qu’il atteigne sa température de fonctionnement. Ensuite, assurez-vous que la vanne de dérivation est fermée avant d’ouvrir la bouteille de gaz d’hélium.Ouvrez la valve réduisseur de pression jusqu’à ce qu’une pression d’environ 0,5 barre soit mesurée. Ensuite, ouvrez la vanne du ré reduceeur de pression au tube à gaz. Ouvrez le contrôle du débit de gaz en fixant une pression cellulaire de 32 millibar.Rincer le tube à gaz pendant environ 10 minutes. Ensuite, fermez la vanne reliant le ré reduceur de pression au tube à gaz et attendez quelques minutes pendant que l’hélium est enlevé. Pour une pureté plus élevée, le gaz tampon remplit le cryotrap d’azote liquide.Réglez la vanne de barrière entre la cellule de gaz tampon et sa pompe moléculaire turbo pour le fonctionnement à distance, puis fermez la valve de porte à distance. Ouvrez la vanne reliant le ré reduceur de pression au tube à gaz. À ce stade, la cellule tampon-gaz d’arrêt est remplie d’environ 30 millibar de gaz hélium.La pression de la chambre quadrupole à radiofréquence est d’environ 10 à moins quatre millibar. La pression de la chambre de séparateur de masse quadrupole est d’environ 10 à moins cinq millibar. Ajustez la vitesse rotative de la pompe moléculaire turbo fixée à la chambre à vide RFQ pour régler une pression ambiante de 10 à moins deux millibar.Ce schéma mis à jour comprend des représentations de l’équipement nécessaire à l’application des champs électriques de guidage. Utilisez un approvisionnement en tension DC pour appliquer un potentiel dc à la source d’uranium. Ensuite, préparez le système segmenté d’électrode en entonnoir.Avec l’alimentation électrique de DC et un approvisionnement de décalage de DC de 24 canaux, appliquez un gradient potentiel de DC de quatre volts par centimètre et un décalage de trois volts. Appliquer un potentiel dc d’environ deux volts à la buse d’extraction. Suivez ceci en appliquant les potentiels de DC au quadripolque segmenté de fréquence radio d’extraction de 12 volts.Créez le gradient avec l’approvisionnement offset 24 canaux DC. Les tensions pour chacun des 12 segments du quadrupole peuvent être appliquées individuellement. Appliquer 1,8 volts sur le segment le plus proche de la buse d’extraction.Étape sage, diminuer les tensions dans les segments suivants de 0,2 volts pour atteindre un gradient DC de 0,1 volts par centimètre. Maintenant, employez un générateur de fonction et un amplificateur linéaire de RF pour appliquer une fréquence d’environ 850 kilohertz, amplitude de pointe-à-crête de 220 volts au système d’électrode d’anneau d’entonnoir. Avec un autre générateur de fréquences et deux amplificateurs RF, appliquez un quadrupole à radiofréquence de 880 kilohertz, de 120 à 250 volts d’amplitude de pointe à pointe sur le quadripolque de radiofréquence d’extraction et l’électrode de groupement individuelle.Lors de l’application de la tension RF sur les électrodes de l’anneau d’entonnoir, si le gaz tampon d’hélium n’est pas suffisamment pur, des étincelles se produiront dans la cellule tampon-gaz d’arrêt. Dans ce cas, interrompt la procédure et effectuer cuire pendant une journée pour obtenir à nouveau l’efficacité complète de l’extraction. Utilisez un approvisionnement en tension DC pour appliquer un potentiel de moins un volt à l’électrode d’extraction du quadrupole à radiofréquence d’extraction.Réglez la tension offset du séparateur de masse quadrupole à moins deux volts avec des modules offset DC. Tournez-vous vers le générateur de fonction et l’amplificateur RF associés au séparateur de masse quadrupole pour le démarrer. Après avoir sélectionné le rapport masse/charge et l’acceptation du séparateur de masse quadrupole, utilisez une alimentation à quatre canaux pour appliquer des potentiels à la structure de l’électrode triodique de focalisation.Après la mise en place des champs directeurs travailler avec l’équipement nécessaire pour régler le séparateur de masse quadrupole. Commencez par appliquer des tensions sur le détecteur de plaques microcanal à double plaque, qui a une plaque avant, une plaque arrière et un écran de phosphore. Utilisez un module à haute tension pour appliquer un potentiel attrayant de 1000 volts négatifs à la plaque avant du détecteur de plaques micro-canaux à double plaque.Avec un deuxième module haute tension, appliquer positif 900 volts à l’arrière de la deuxième plaque du détecteur. Utilisez un troisième module haute tension pour appliquer des 3000 volts positifs sur l’écran de phosphore derrière le détecteur de plaques de micro canal. Allumez la caméra CCD et le boîtier étanche à la lumière derrière l’écran de phosphore et configurez ses paramètres d’exposition.Observez la sortie de la caméra et écorché le rapport de surcharge de masse du séparateur de masse quadrupole à partir de la valeur prévue pour Thorium-229 deux plus jusqu’à ce qu’il y ait un signal. Environ 10 000 thorium deux plus ions sont extraits par seconde, ce qui correspond à environ 3,5% d’efficacité totale. Après avoir trouvé le balayage de signal de Thorium pour le tube d’Uranium-233 plus le signal en augmentant encore la masse au-dessus du rapport de charge.Une fois que le signal du Thorium disparaît, le signal d’uranium doit devenir évident. Réglez le séparateur de masse quadrupole pour extraire seulement le Thorium-229 deux espèces d’ion plus. Avec le séparateur de masse réglé, continuer à détecter la décomposition isomérique.Éteignez le capteur de pression du séparateur de masse quadrupole pour réduire le fond de l’hélium ionisé et de la lumière. Ajustez les paramètres du séparateur pour extraire l’ion thorium choisi. Ensuite, réduisez le potentiel de surface de la plaque avant du détecteur de plaques de micro canal à moins 30 volts.Appliquez un potentiel d’accélération sur la deuxième plaque du détecteur de plaques de micro canal, généralement de 1 900 volts. Appliquez un potentiel d’accélération sur l’écran de phosphore derrière le détecteur, généralement 4000 volts. Démarrez la séquence d’acquisition des images CCD.Le taux de comptage s’élève à environ trois dénombrements par seconde. Stockez les données pour l’évaluation d’images et le post-traitement. Ce balayage de masse se fait en unités de masse atomique au-dessus de la charge électrique et représente des nombres mesurés sur cinq secondes.Il existe trois groupes d’espèces d’ion extraites dans des états chargés ment, doublement et triply. Notez le nombre relatif de thorium ionisé triply par rapport à l’uranium ionisé triply. Ces signaux de détecteur de plaques de microcanal pour les états chargés de thorium et d’uranium reflètent des expériences avec trois sources d’uranium distinctes.Deux sources d’uranium-233 de forces différentes ont produit des signaux clairs pour le thorium et non pour l’uranium. Les essais effectués à l’aide d’une source d’uranium-234 n’ont produit aucun signal indiquant que les signaux générés par la source Uranium-233 proviennent de procédés de désécitation nucléaire et non de procédés de coquille atomique. Les images du détecteur de plaques de micro canal pour le thorium et l’uranium doublement chargés sont compatibles avec cette interprétation.Pour ces données, la plaque attrayante du détecteur de microcanal varie d’un électrons favorisant la tension de l’impact ionique, jusqu’à zéro volts. Il y a un taux de dénombrement considérable pour le thorium doublement chargé jusqu’au seuil de zéro volts, contrairement au taux de compture de l’uranium doublement chargé. Cela fournit d’autres preuves que le signal est de la décomposition de l’isomer nucléaire.Cette technique a ouvert la voie à la mesure de la durée de vie et de l’énergie d’excitation de la thory-myz-imer ainsi qu’à une mesure de sa structure hyperfine. En fin de compte, il peut conduire au développement d’une horloge nucléaire optique ultra-précise.

preparing-an-isotopically-pure-229th-ion-beam-for-studies-of-229mth

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

Atterrissage en douceur des ions de masse sélectionnés sur des surfaces est une approche puissante pour la préparation hautement contrôlée de nouveaux matériaux. Couplée à une analyse par spectrométrie in situ secondaire de masse d'ions (SIMS) et la spectroscopie d'absorption infrarouge de réflexion (IRRAS), atterrissage en douceur donne un aperçu sans précédent sur ​​les interactions des espèces bien définies avec des surfaces.

In Situ SIMS et spectroscopie IR des surfaces bien définies Préparé par Soft Landing de Ions Mass-sélectionnés

La technique des gradients de diffusion dans les couches minces (DGT) est proposé pour les études de spéciation de plutonium. Ce protocole décrit des expériences de diffusion de palpage le comportement de Pu (IV) et de Pu (V) en présence de matière organique. Dgts déployés dans une source karstique permettent d'évaluer la biodisponibilité de Pu.

Spéciation et la biodisponibilité mesures de plutonium de l&#39;environnement en utilisant la diffusion dans les couches minces

Ici, nous présentons la plate-forme portable autoradiogramme pour rapide séparation radiométrique et la détermination de 90Sr, un produit de fission important très pertinent de déchets nucléaires.

Automatisé de 90Sr séparation et préconcentration dans un système de laboratoire-sur-vanne au niveau Ppq

Nous présentons ici un protocole pour obtenir68Ga dopée à base d’oxyde de fer nanoparticles via rapide axée sur les micro-ondes synthèse. La méthode rend PET / (T1) MRI nanoparticules avec radiomarquage efficacité supérieure à 90 % et la pureté radiochimique de 99 % dans une synthèse de 20 min.

Synthèse de 68Ga dopée à base d’oxyde de fer nanoparticules pour tomographie par émission de double/imagerie de résonance magnétique (T1)

Le protocole décrit une méthode pour purifier et séparer le nucléide vous et Th dans l'échantillon de sulfure hydrothermal sous-marin avec la co-précipitation fe et la chromatographie d'extraction pour 230Th-U disequilibrium datation.

Séparation de l'uranium et du thorium pour 230Th-U Dating of Submarine Hydrothermal Sulfides

Nous rapportons une technique efficace de radioétiquetage de carbone-11 pour produire des traceurs médicalement pertinents pour la tomographie d'émission de Positron (PET) utilisant des cartouches d'extraction de phase pleine. 11 Ans, états-unis ( L'agent de méthylating C est passé par une cartouche préchargée avec le précurseur et l'élution successive avec l'éthanol aqueux fournit des traceurs chimiquement et radiochimiquement purs de PET dans des rendements radiochimiques élevés.

Phase solide 11C-Méthylation, purification et formulation pour la production de traceurs de PET

Un protocole est présenté pour l’irradiation automatisée des feuilles d’or minces avec des impulsions laser de haute intensité. Le protocole comprend une description étape par étape du processus de fabrication de la cible de micromachining et un guide détaillé pour la façon dont les cibles sont portées au point du laser à un taux de 0,2 Hz.

Livraison automatisée de cibles microfabriquées pour des expériences intenses d’irradiation laser

Ce protocole présente une procédure détaillée pour préparer quatre radiotraceurs de carbone 11 par le biais de la « méthode en boucle » de la méthylation du [11C]. Nous décrivons la procédure de synthèse du [11C]ER-176, avec des données pour trois radiotraceurs supplémentaires : [11C]MRB, [11C]mHED et [11C]PiB. La méthode en boucle permet une synthèse efficace avec des rendements radiochimiques accrus par rapport à la méthylation traditionnelle du récipient de réaction [11C].

Amélioration de l’efficacité et des rendements de radiomarquage des radioligands de carbone 11 pour la recherche clinique à l’aide de la méthode de la boucle

Cette recherche décrit le processus automatisé de production de [68Ga]Ga-3BP-3940 avec le synthétiseur GAIA V2, pour l’imagerie TEP de la protéine d’activation des fibroblastes. Les résultats des tests de contrôle de la qualité effectués sur trois lots d’essai sont également présentés.

Préparation automatisée de [68Ga]Ga-3BP-3940 sur un module de synthèse pour l’imagerie TEP du microenvironnement tumoral

Un protocole de construire et de tester les cellules de pièces de monnaie de batteries lithium-ion est décrite. Les procédures spécifiques de fabrication d'une électrode de travail, la préparation d'un contre-électrode, l'assemblage d'une cellule à l'intérieur une boîte à gants et la cellule test sont présentées.

Construction et d&#39;essai des Piles de batteries lithium-ion

Apprenez à produire un faisceau d'ions Thorium-229 isotopiquement pur à partir d'une source d'Uranium-233. Cette méthode permet d'étudier la décroissance par conversion interne de l'état isomère 229mTh.

Préparation d'un Isotopically Pure ²²⁹Th Ion Beam for Studies of ^229mTh

Explorer plus de vidéos