Name: 동위원소 퓨어 229Th이온 빔 229mTh연구 준비 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: 학습하세요 동위원소 퓨어 Thorium-229 이온 빔 생성 방법을 Uranium-233 소스에서 알파 붕괴를 통해 얻는 기술입니다. 이 방법은 저에너지 핵 여기 상태에서 229mTh 내부전환 붕괴를 직접 검출하여 핵물리학 연구에 활용됩니다.

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이 작품은 보조금 협정 번호 664732 "nuClock"에 따라 유럽 연합 (EU)의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램에 의해 지원되었다, DFG 교부금 Th956/3-1에 의해, 마이어 - 라이프 니츠 - 실험실을 통해 의료 물리학의 LMU 부서에 의해.

저자는 공개 할 것이 없다.

우라늄에서 반동 α 붕괴 딸 핵의 범위는 약 16 nm에 달한다. 주어진 소스 활성에 대한 α-반동 이온에 대한 소스의 높은 효율을 달성하기 위해서는 소스 재료 두께를 이 범위로 제한해야 합니다. α 반동 추출 효율은 완충가스 전지의 청결도에 의해 강하게 영향을 받습니다. 정지 가스의 오염은 전하 교환 또는 분자 형성으로 이어질 것입니다. 따라서, 가스 전지 자체는 초고진공 표준에 따라 구축되어야 하며, 특히 셀의 베이킹을 허용하고 내부의 유기 물질을 피해야 한다. 정지 가스는 극저온 트랩으로 부분적으로 둘러싸인 초청정 가스 공급 라인을 통해 촉매 정제 및 가스 전지로의 전달에 의해 지원되는 최고 수준의 가스 순도에서 시작하여 기술적인 최첨단에 따라 정제되어야 합니다. 불순물을 동결. 일반적으로, 가스 전지 추출 노즐의 위치에 대한 전체 설정의 중심 축의 신중한 정렬은 높은수송 및 검출 효율(29)을 달성하기 위해 필수적이다.
1.4.5 단계는 프로토콜에서 가장 중요합니다. 효율적인 이온 추출을 위해 높은 RF 진폭을 깔때기 링 전극에 적용해야 합니다. 그러나 진폭이 너무 높게 선택하면 가스 셀에 스파크가 발생합니다. 달성 가능한 최대 RF 전압 진폭은 버퍼 가스의 순도에 따라 크게 달라집니다. 전압의 성공적인 응용은 깔때기 오프셋 전압의 전류를 통해 모니터링됩니다. 이 전류는 스파크의 경우 증가합니다. 스파크가 발생하면 가장 높은 이온 추출 효율을 보장하기 위해 베이크 아웃 절차를 반복해야합니다.
또 다른 중요한 점은 MCP 검출기(단계 1.6.2-1.6.4)에 고전압을 적용한다는 것입니다. 현장 방출은 MCP에서 발생할 수 있으며, 이는 아티프리얼 신호로 이어질 수 있는 전자의 방출로 이어질 수 있습니다.
검출 유닛을 향한 최적의 이온 추출 및(냉각 및 질량 정제) 수송은 중앙 광학 축의 신중한 정렬이 필요합니다. 광학 정렬 시스템 (정렬 레이저 또는 테오돌라이트)의 가용성은 필수적이다. 추출 RFQ 및 QMS를 통한 효율적인 이온 수송은 각각의 반대 쪽 로드쌍(29)에적용되는 두 개의 반대 단계에 대해 무선 주파수 진폭의 지속적인 안정화를 필요로 한다. 추출 또는 수송 문제의 식별은 예를 들어, 다중 채널 플레이트 검출기를 통해 시운전 단계 동안 이온 경로를 따라 상이한 위치에 연속적으로 배치된 이온 진단에 의해 촉진될 수 있다. 설정, 또는 대안적으로, 예를 들어, 검출기를 향해 모든 추출 된 이온을 유치하기 위해 높은 음의 표면 전압 (1-2 kV)을 가진 추출 RFQ 뒤에 90o 미만.
작업 중에 일반적으로 두 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 모든 전압이 올바르게 적용되는 것은 아닙니다. 이 경우 일반적으로 이온이 추출되지 않으며 전압이 올바르게 적용되지 않는 위치를 찾아야합니다. 또한, 불순물은 헬륨 완충가스에 존재한다. 이 경우 삼중 전하 토륨 이온에 대한 추출 효율이 크게 감소하고 분자 형성이 발생합니다. 최악의 경우 깔때기 전압이 가해지면 스파크도 나타납니다. 가스 순도가 부족한 이유는 전형적으로 가스 공급 라인에서 의 누출 또는 완충가스 정지 셀의 적절히 폐쇄되지 않은 플랜지이다.
기재된 방법은 229m의능두를 함유하는 이온의 깨끗한 빔을 생성하는 것으로, 관심 있는 이온이 상당한 양의 완충가스 분위기로부터 추출될 수 있는 모든 비교 사례에 적용될 수 있다. 가스 전지 및 완충 가스의 청결은 필수적이므로 남은 가스 불순물의 양은 방법의 감도에 제한이 있습니다. 고용된 마이크로채널 플레이트 검출기(MCP)는 저에너지 변환 전자의 등록을 위해 여기에 악용되는 전자의 검출을 기반으로 하지만, 이 경우 이미 MCP38에대한 효율 곡선의 저에너지 경계에 놓여 있다. 높은 에너지의 경우 이 방법은 검출 효율을 크게 높일 수 있습니다.
지금까지, 기재된 방법은 토륨 이소머의 탈여기의 유일한 보고된 직접적이고 명백한 식별을 제공하였다. 또는, 진공 울트라 바이올렛 (VUV) 투명 결정 (큰 밴드 갭, 이소메의 가정 된 여기 에너지를 초과) 229Th로 도핑된다. 목표는 결정 격자 위치의 고 (4+) 전하 상태에 229Th 이온을 배치하고, 큰 밴드 갭에 의한 흥분을 억제하고 싱크로트론 광원으로부터 X-선을 사용하여 이소머의 여기를 목표로하는 것입니다. 이 접근법의 우아한 개념에도 불구하고, 지금까지 VUV 형광은 전 세계39,40,41,42,43 에 의해 보고된 일련의 실험에서 관찰될 수 없었다. . 소위 전자 교량 전이를 사용하여 229Th의 전자 껍질을 통해 이소머의 핵 여기를 실현하는 것을 목표로하는 실험 클래스도 마찬가지입니다. 여기서 전자 쉘 전이와 핵 이소머 사이의 공진 결합은 보다 효율적인 이소머집단(44,45)을허용해야 한다. 이성질체의 조사를 목표로 하는 다른 실험은 미세열량계(46) 또는 원자쉘(47)에서의 과미세이동의 관찰에 기초한다. 매우 최근에 레이저 유도 플라즈마에서 이소머를 자극하는 또 다른 방법은48로 보고되었으며 지역 사회 내에서 과학적 논의의 대상이 된다.
토륨 이소머(11)의 내부 변환 붕괴 채널의 발견및 중성 229mTh(7(1)μs)의 상응하는 반감기의 결정은 미래에 최초의 모든 광학을 실현하기 위해 이용될 수 있다. 기존 기술을 기반으로 펄스, 튜닝 가능한 VUV 레이저로 흥분할 수 있습니다. 따라서 이 흥분 에너지와 해당 사용자 정의 레이저 개발의 훨씬 더 나은 지식을 필요로 하는 현재 패러다임 은 우회 할 수 있습니다. 대조적으로, 내부 변환 전자 방출의 지식을 악용, 레이저 펄스와 변환 전자의 검출을 게이팅은 높은 신호 대 배경 비율을 제공 할 것이다, 미만에서 1 eV의 스캔을 허용하면서 3 일49. 더욱이, 이소메의 여기 에너지의 결정은, 아직도 진행 중이고, IC 감쇠 전자를 감속과 함께 자기 병 전자 분광기로 전송하여 229mTh 빔을 생성하는 설명된 방법에 기초할 수 있다. 필드 전극 그리드50. 동일한 기술은 또한 다른 화학 환경 (예를들어, CaF2 또는 냉동 아르곤과 같은 큰 밴드 갭 재료) 또는 229Th+뿐만 아니라 자유롭고 중립적 인 원자에 대한 이소닉 수명을 결정할 수 있습니다.
3+ 충전 상태의 동위원소 순수 토륨 이온 빔을 생성하는 설명된 방법은 향후 레이저 분광 실험을 위한 토륨 이온을 제공하는 도구로 사용될 수 있다. 이 경우 이온 빔을 사용하여 폴 트랩을 안정적이고 효율적인 방식으로 적재할 수 있습니다. 지금까지, 유일한 대안 방법은 고체 표적으로부터 레이저 절제에 의해 229Th3+를 생산하는 것이다. 그러나 이는 높은 레이저 강도와 229Th의다량이 필요하며, 이는 고가의 방사성 물질이며 사용된 진공 성분의 오염으로 이어집니다. 이러한 이유로, 기재된 방법은 핵 레이저 분광실험에 있어서 상당한 이점이 될 수 있다. 이 유형의 첫 번째 응용 프로그램은 이미51.

229mTh로 표시된 토륨-229 핵의 첫 번째 흥분 메타안정 상태는 현재 알려진 176,000개의 핵 흥분 상태 중 가장 낮은 핵 여기 에너지를 보유하고 있기 때문에 핵 지형에서 특별한 위치를 나타낸다. 일반적인 핵 에너지는 keV에서 MeV 지역까지 다양하지만, 229mTh는 핵지주 1,2,3보다10 eV 이하의 에너지를 가지고 있다. 이 상태에서 현재 가장 많이 받아들여지는 에너지 값은7.8(5) eV 4,5입니다. 이 낮은 에너지 가치는 다른 물리적 지역 사회에서 관심을 촉발하고 몇 가지 흥미로운 응용 프로그램의 제안을 주도했다. 그 중 핵 레이저6,양자 컴퓨팅 7 및 핵 시계8,9에대한 매우 안정적인 큐비트입니다.
229mTh가 광범위한 응용 프로그램을 제공 할 것으로 예상되는 이유는 특별한 낮은 에너지로 인해 현재 사용 가능한 레이저를 사용하여 직접 핵 레이저 흥분을 허용 할 수있는 유일한 핵 상태라는 사실에 근거합니다. 기술. 그러나 지금까지 229mTh의직접 핵 레이저 흥분은 정확한 에너지와 수명과 같은 메타 안정 상태의 매개 변수에 대한 지식이 부족하여 방지되었습니다. 229Th에서저에너지의 핵 흥분 상태의 존재는 이미 197610년에 추측되었지만,이 상태에 대한 모든 지식은 간접 측정에서 유추 될 수 있으며 부패의 정확한 결정을 허용하지 않습니다. 매개 변수. 이러한 상황은 229mTh 붕괴의 첫 번째 직접 감지가 흥분 상태의 매개 변수를 고정하는 것을 목표로 측정의 무리를위한 문을 열었을 때 2016 년 이후 변경되었습니다11,12. 여기서, 상세한 프로토콜이 제공되며, 이는 2016년 의 실험에서 달성된 바와 같이 229mTh의직접 검출에 필요한 개별 단계를 기술한다. 이 직접 감지는 229mTh에너지와 수명을 정밀하게 측정하여 핵 시계 의 개발을 위한 기초를 제공합니다. 229mTh의 가장 중요한 응용 프로그램으로 핵 시계의 개념은 다음과 같이 논의 될 것이다.
ΔE/E~10-10-20의 상대적인 라인폭을 사용하면 토륨 이소머의 접지 상태 전이가 잠재적으로 핵 주파수 표준('핵 시계')으로 자격이 될수있음 8,9. 원자 핵에 비해 약 5 배 크기 작은 크기의 원자력 핵으로 인해 핵 모멘트 (자기 극극자 및 전기 사중대대)는 원자의 핵 시계보다 작기 때문에 핵 시계가 외부에 대해 크게 면역이됩니다. (현재의 최첨단 원자 시계에 비해) 따라서 핵 주파수 표준은 매우 안정적이고 정확한 클럭 작동을 약속합니다. 최고의 현재 원자 시계에서 달성 된 정확도는 약 2.1x10-1813에도달하지만, 우주의 시대보다 상당히 긴 시간 기간에 1 초의 편차에 해당, 핵 시계는 더의 잠재력을 보유 광범위한 응용 분야에 필수적인 개선이 될 수 있습니다. 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS), 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GLONASS) 또는 갈릴레오와 같은 위성 기반 항법 시스템은 현재 몇 미터의 위치 정밀도로 작동합니다. 이것이 센티미터 또는 밀리미터 규모로 개선될 수 있다면 자율 주행에서 화물 또는 부품 추적에 이르는 다양한 응용 프로그램을 상상할 수 있습니다. 매우 정확한 클럭 외에도 이러한 시스템은 장기간의 재동기화 간격을 확보하는 장기적인 드리프트 안정성과 함께 안정적인 중단 없는 작동이 필요합니다. 핵 시계의 사용은 이 실용적인 관점에서 유익할 수 있습니다. (동기화 된 네트워크) 핵 시계의 추가 실용적인 응용 프로그램은 상대론 측지(14)의분야에 거짓말을 할 수, 여기서 시계는 3D 중력 센서역할을, 측정에 국소 중력 전위 차이 ΔU 관련 (상대) 클럭 주파수 차이 Δf/f=-ΔU/c2(빛의 속도를 나타내는 c)를 통한 Δf/f. 현재 가장 좋은 시계는 약 ±2 cm의 높이 차이에서 중력 의 변화를 감지 할 수 있습니다. 따라서, 핵 시계 네트워크를 이용한 초정밀 측정은 화산 마그마 챔버 또는 지각판 의움직임(15)의 역학을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 이러한 시계 네트워크의 사용은 이론적으로 기재된 위상암흑물질의 상류를검색하는 도구로서 제안되었다(16). 미세 구조 상수 α 또는 강한 상호 작용과 같은 기본 상수의 잠재적 인 시간적 변화의 검출을 위한 탐구에서 229mTh 기반 핵 시계의 적용에 대한 문헌에서 광범위한 논의를 찾을 수 있습니다. 파라미터(mq/ΔQCD,쿼크 질량및 ΔQCD를 나타내는 mq와 함께 강한 상호작용의 스케일 파라미터), 다른 상호작용과 중력을 통일하는 일부 이론에서 제안됨17. 229mTh의 지상 상태 전이 에너지에서 시간적 변동의 검출은 미세 구조 상수 또는 강한 상호작용 파라미터의 시간적 변화에 대해 약 2-5배의 진도에 의해 향상된 감도를 제공할 수 있다. 18,19,20,21,22,23,24,25,26. 이러한 α 의 변화에 대한 현재의 실험 한계는 (dα/dt)/α=-0.7(2.1)10-17/yr27이다. 이하에서 229mTh지상 상태의 붕괴를 직접 검출하기 위한 실험접근법을 기재할 것이다.
최근까지 229-thorium 이성모의 존재에 대한 증거는 간접 측정에서만 유추 될 수 있으며, 7.8 (5) eV의 흥분 에너지 (진공 울트라 바이올렛 스펙트럼 범위의 파장에 해당 160 (11) nm)4 , 5. 우리의 실험 적 접근 방식은 229mTh 이소머의 이소메릭 지반 상태 퇴출을 직접 식별하는 것을 목표로 완충가스 정지 셀에서 이소머 집단의 공간 적 분리를 기반으로 추출한 다음, 및 적합한 검출유닛을 향한 질량분리된 수송물은 탈취제(28,29)를등록한다. 따라서 이성운의 인구와 퇴출은 혼란스러울 수 있으며, 이로 인해 신속한 배경 기여의 영향을 받지 않는 깨끗한 측정 환경이 생생할 수 있습니다. 이소메의 인구는 방사성 233U 소스로부터α 붕괴를 통해 달성되며, 여기서 2% 붕괴 분기는 229Th의지반 상태로 직접 진행되지 않고, 대신 에이서릭 제1 흥분 상태를 채웁니다. α-붕괴 반동 핵은 버퍼 가스 정지 셀의 초순수 헬륨 분위기에서 열화되어 전기 무선 주파수(RF) 및 직류(DC) 필드가 추출 노즐을 향해 유도되기 전에 새로운 초음속 가스 제트가 드래그합니다. 인접 한 진공 챔버로, 하우징 (분할) 무선 주파수 사중대대 (RFQ) 구조 이온 가이드, 위상 공간 쿨러 및 잠재적으로 또한 추출 된 이온을 묶기위한 선형 폴 트랩으로. 버퍼-가스 정지 셀 및 추출 RFQ에 대한 자세한 설명은 Refs를 참조하십시오. 30개 , 31세 , 32.그 순간까지 추출된 이온 빔이 229(m)Th 또한 α 붕괴 딸 제품의 사슬을 포함하고 있기 때문에, 질량 분리는 후속 진공 챔버에서 사중극자 질량 분리기(QMS)를 사용하여 마지막으로 수행된다. 선택 가능한 전하 상태(q=1-3)에서 동위원소 순229(m)Th 빔을 생성합니다. QMS에 대한 자세한 설명은 참조에서 찾을 수 있습니다. 33세 , 34. 전자가 해방되고 인광체 스크린을 향해 가속화되고 전하 결합 장치 (CCD)에 의해 볼 마이크로 채널 플레이트 검출기 (MCP)의 표면에 직접 Th 이온을 충돌시킴으로써 이소성 붕괴의 검출이 달성되었다 카메라. 실험 설정에 대한 개요는 그림1에 나와 있습니다. 자세한 설명은 참조35에서제공됩니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig1.jpg"> 그림 1: 실험 설정 개요. 토륨-229 이소머는 우라늄-233의 α 붕괴에서 2% 부패 가지를 통해 채워집니다. 229m 운동 반동 에너지로 인해 233U 소스를 떠나는 Th 이온은 30 mbar 헬륨 가스로 채워진 완충 가스 정지 셀에서 열화됩니다. 이온은 RF 및 DC 필드에 대한 도움으로 정지 부피에서 추출되고 저에너지 이온 빔은 무선 주파수 사중극자 (RFQ)의 도움으로 형성됩니다. 이온 빔은 사중극자 질량 분리기(QMS)의 도움으로 질량 정제되고 이온은 인광체 스크린과 결합된 마이크로 채널 플레이트(MCP) 검출기의 표면에 부드럽게 이식되어 모든 것을 공간적으로 분해하여 모든 검출을 가능하게 합니다. 신호가 발생합니다. 스프링어 연구의 종류 허가와 함께,이 그림은11에서수정되었습니다 . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
다음 프로토콜은 토륨 이성질체의 지상 상태 붕괴를 최초로 감지할 수 있게 한 229(m)Th 이온 빔을 생성하는 기본 절차를 설명하여, 따라서 부패 특성을 연구하기 위한 토대를 마련합니다. 궁극적으로 초정밀 핵 주파수 표준으로 응용을 향해이 이국적인 핵 상태의 모든 광학 제어를 상상의 전제 조건. 더 나은 방향을 위해 이소메릭붕괴(11)의 직접 검출에 사용되는 설정의 개략적 개요는 도 2에제공되며, 다음 프로토콜에서 다루어진 구성요소의 수치 라벨링을 포함한다. 또한 수명결정(12)에 사용되는 구성요소는 인세트로 포함된다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig2.jpg"> 그림 2: 이소아니아 감쇄 감지에 사용되는 실험 설정의 개략적 스케치. 수명 측정에 사용되는 구성 요소는 인세트로 표시됩니다. 프로토콜 섹션에서 참조할 개별 구성 요소에는 숫자로 레이블이 지정됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>우라늄-233 출처</td><td>: Institut f &uuml; r Radiochemie Universit&auml; t Mainz</td>는 직경 90mm의 RF 깔때기에 <td>290kBq U-233</td>을 <td>맞춤화</td>했습니다</tr><tr><td></td><td>Secamus Laserschneidtechnik GmbH</td><td>는 50개의 링 전극, 레이저 절단 및 전기 연마</td>를 <td>의뢰</td></tr>했습니다 <tr><td>버퍼 가스 정지 셀</td><td>LMU 뮌헨의 작업장</td>은 <td>버퍼 가스 정지 셀을 위한 Vacuuchamber DN200 CF</td><td>주문을 받아서 만들었습니다</td></tr><tr><td>황삭 펌프</td><td>Leybold</td><td>Screwline SP 250</td><td>전체 황삭 펌프 </td></tr><tr><td>시스템 황삭 펌프 제어</td><td>Siemens</td><td>Micromaster 420</td><td>Screwline SP 250 제어 장치</td></tr><tr><td>진공 게이지 Prepressure</td><td>Pfeiffer</td><td>TPR 265</td><td>황삭 펌프용 압력 제어</td></tr><tr><td>진공 게이지 셀 1</td><td>Pfeiffer</td><td>CMR 261</td><td>셀용 압력 제어(고압 범위)</td></tr><tr><td>진공 게이지 셀 2</td><td>Pfeiffer</td><td>PBR 260</td><td>셀용 압력 제어 ( 저압 범위)</td></tr><tr><td>진공 게이지 RFQ</td><td>Pfeiffer</td><td>PKR 261</td><td>RFQ 압력 판독을 위한 압력 제어</td></tr><tr><td>압력 게이지 QMS</td><td>Pfeiffer</td><td>PKR 261</td><td>QMS 압력 판독을 위한 압력 제어</td></tr><tr><td>압력 제어 장치</td><td>Pfeiffer</td><td>TPG 256 A</td><td>모든 압력 게이지용 제어 장치</td></tr><tr><td>제어 PC 1</td><td>Fujitsu</td><td>알 수 없음</td><td>버퍼 가스용 제어 컴퓨터 정지 셀</td></tr><tr><td>CPU가 있는 Simatic</td><td></td><td>자동화 및 제어를 위한 Simatic CPU를 사용하지</td><td></td></tr><tr><td>않는 Simatic</td><td>Siemens</td><td>ET 200M</td><td>자동화 및 제어를 위한 Simatic 진공</td></tr><tr><td>밸브</td><td>SMC</td><td>XLH-40</td><td>배출 제어용 진공</td></tr><tr><td>밸브 UHV 게이트 밸브</td><td>VAT</td><td>48240-CE74</td><td>작동</td></tr> <tr><td>중 셀 폐쇄용 게이트 밸브터보 분자 펌프 1</td><td>Pfeiffer</td><td>TMU 400M</td><td>셀용 터보 펌프</td></tr><tr><td>TMP용 제어 장치 1</td><td>Pfeiffer</td><td>TCM 1601</td><td>TMP용 제어 장치 TMU 400M</td></tr><tr><td>터보 분자 펌프 2</td><td>Pfeiffer</td><td>HiMag 2400</td><td>RFQ용 트루보 펌프</td></tr><tr><td>터보 분자 펌프 3</td><td>Edwards</td><td>STP 603</td><td>QMS용 트루보 펌프</td></tr><tr><td>TMP 3용 제어 장치</td><td>Edwards</td><td>SCU-800</td><td>TMP Edwards STP 603</td></tr><tr><td>제어 장치 가스 튜브의 바이패스 밸브</td><td>스웨즈락</td><td>SS-6BG-MM</td><td>질량 유량 컨트롤러를 우회하는 밸브</td></tr><tr><td>가열 슬리브</td><td>Isopad</td><td>셀</td><td>및 RFQ 베이크아웃을 위한 맞춤형 가열 슬리브</td></tr><tr><td>온도 센서</td><td>Isopad</td><td>TAI/NM NiCrNi</td><td>베이크아웃 시스템용 온도 센서</td></tr><tr><td>가열 제어 장치</td><td>LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td></td><td>Isopad 가열 슬리브를 위한 맞춤형 제어 장치</td></tr><tr><td>촉매 가스 청정기</td><td>SAES MonoTorr</td><td>PS4-MT3-R-2</td><td>초순수 헬륨 공급용 가스 청정기</td></tr><tr><td>He 가스 실린더</td><td>Air Liquide</td><td>He 6.0, 50리터</td><td>순도 99.9999% 헬륨</td></tr><tr><td>감압 감속</td>기 <td>Druva</td><td>FMD 502-16</td><td>He 가스 실린더 용 감압 밸브</td></tr><tr>가스<td>공급 밸브</td><td>Swagelok</td><td>가스 공급을 열거나 닫는</td> <td>SS-6BG-MM</td> 밸브</tr><tr><td>질량 흐름 제어</td><td>AERA</td><td>FC-780CHT</td><td>질량 유량 제어 밸브 He 공급</td></tr><tr><td>제어 장치</td><td>LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td></td><td>맞춤형 제어 장치 AERA 질량 유량 제어 제어 장치</td></tr><tr><td></td><td>Dockweiler</td><td>Ultron</td><td>가스 튜브 공급</td></tr><tr><td>극저온 트랩</td><td></td> He 정화를 위한 등온선 <td>알 수 없는</td><td>극저온 트랩(선택 사항)</td></tr><tr><td>소스용 DC 전압 공급</td><td>LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td>U-233용 맞춤형 DC 오프셋 전압 공급</td><td></td></tr><tr><td>퍼널</td><td>Heinzinger</td><td>LNG 350-6</td><td>퍼넬의 DC 구배용 전원 공급</td></tr> 장치 <tr><td>RFQ용 DC 전압 공급</td><td>Iseg</td> 퍼널 오프셋, 노즐용 <td>알 수 없는</td><td>DC 전압 공급 및 RFQ</td></tr><tr><td>Laval 노즐</td><td>Friatec AG</td><td>맞춤형</td><td>Laval 노즐</td></tr><tr><td>및 번처 용 이온 추출 DC 전압 공급</td><td>Heinzinger</td><td>LNG 350-6</td><td>전극 다발화 용 DC 공급</td></tr><tr><td>트리거 모듈</td><td>LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td></td><td>맞춤형 트리거 모듈</td></tr><tr><td>깔때기 용 RF 발생기</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SRS DS 345</td><td>퍼넬용 RF 발생기</td></tr><tr>퍼<td>넬</td>러 <td>전자 네비게이션 산업</td><td>ENI 240L-1301</td><td>Rf 앰프 퍼넬</td></tr>용 <tr><td>RF 위상 분배기 퍼널용</td><td>LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td>맞춤형</td><td>RF 위상 분배기 퍼널용</td></tr><tr><td>RF+DC&nbsp; 퍼널용</td><td>믹서 LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td>맞춤형</td><td>전압 분배기 및 RF+DC 믹서 깔때기 전압용</td></tr><tr><td></td><td>LMU 뮌헨의 추출 RFQ 워크샵</td><td>맞춤형</td><td>이온 빔 형성 또는 저장을 위한 추출 RFQ</td></tr><tr><td>RFQ용 RF 발생기</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SRS DS 345</td><td>RFQ용 RF</td></tr><tr><td>발생기 RFQ용 RF 증폭기 RFQ용</td><td>전자 워크샵 LMU 뮌헨의 전자 워크샵</td><td>맞춤형</td><td>RFQ RF</td></tr><tr><td>증폭기 다발 전극용 RF 증폭기</td><td>LMU 뮌헨 맞춤형</td><td></td> <td>전자 워크샵뭉치 전극용 RF 증폭기</td></tr><tr><td>RFQ용 RF+DC 믹서</td><td>LMU 뮌헨의 전자 작업장</td><td>맞춤형</td><td>RFQ 전압용 RF 및 DC 전위 혼합</td></tr><tr><td>RFQ 출구 전극</td><td>LMU 뮌헨 작업장</td><td></td><td>차동 펌핑을 위한 2mm 직경 출구 조리개</td></tr><tr><td>맞춤형 4채널 DC 공급</td><td>Mesytec</td><td>MHV 4</td><td>DC 오프셋</td></tr><tr>LMU의<td>QMS</td><td>작업장 뮌헨</td><td>m</td><td>/q 선택을 위한 맞춤형 사중극자 질량 분리기</td></tr><tr><td>Brubaker DC 오프셋 모듈</td><td>LMU 뮌헨의 전자 워크샵</td><td></td> QMS QMS DC 오프셋 모듈의 <td>Brubaker 렌즈용 맞춤형 DC 오프셋</td></tr><tr><td>공급</td><td>LMU 뮌헨의 전자 워크샵</td><td></td> QMS USB-to-Analog 컨버터용 맞춤형 <td>DC 오프셋 공급 QMS</td></tr><tr><td></td> HV용 신호 생성을 위한 <td>EA Elektro-Automatik</td><td>UTA12</td><td> 시프터</td></tr><tr><td>QMS HV 시프터</td><td>QMS 뮌헨의 전자 작업장</td><td>QMS DC 모듈의 전압을 이동하도록</td><td>맞춤화</td></tr><tr><td>QMS DC 모듈 LMU 뮌</td><td>헨의 전자 작업장</td><td></td><td>QMS</td></tr><tr><td></td><td>Tektronix</td><td>AFG 3022B</td><td>QMS용 RF 발생기 QMS</td></tr><tr><td>용 RF 증폭기 LMU</td><td>뮌헨의 전자 작업장</td><td>맞춤형</td><td>QMS</td></tr><tr><td>Picoscope</td><td>Pico Technology</td><td>Picoscope 4227</td><td>용 RF 증폭기 QMS 용 오실로스코프 RF 제어</td></tr><tr><td>제어 PC 2</td><td>Fujitsu</td><td>Esprimo P900</td><td>QMS</td></tr><tr><td>3 극관 추출 시스템</td> 용 제어 컴퓨터 <td>LMU 뮌헨 맞춤형</td><td></td><td>워크샵 이온 안내를위한 3 개의 링 전극 세트</td></tr><tr><td>MCP 검출기</td><td>빔 이미징 솔루션</td><td>BOS-75-FO</td><td>MCP 검출기 (형광체</td></tr> 포함) <tr><td>DC 전압 공급 (MCP</td><td>Keithley Instruments</td><td>HV 공급 246</td>) <td>MCP 전면</td></tr><tr><td>DC 전압 공급 MCP</td><td>CMTE (NIM 모듈)</td> HV <td>3160</td><td>전압 공급 MCP 후면</td></tr><tr><td>DC 전압 공급 MCP 용 DC 전압 공급</td> Fluke <td></td><td>HV 공급 410B</td><td>형광체</td></tr><tr><td>스크린 CCD 카메라</td> 용 전압 공급 <td>PointGrey</td><td>FL2-14S3M-C</td><td>이미지 기록용 CCD 카메라</td></tr><tr><td>제어 PC 3</td><td>Fujitsu</td><td>Esprimo P910</td><td>CCD 카메라용 제어 컴퓨터</td></tr><tr><td>차광 하우징</td><td>LMU 뮌헨 맞춤형 작업장</td><td></td><td>CCD 카메라용 차광 나무 상자</td></tr><tr><td>LN2 공급용 Dewar</td><td>Isotherm</td><td>알 수 없음</td><td>Dewar는 환기를 위한 건조 질소를 제공합니다</td></tr><tr><td>LMU</td><td>뮌헨 작업장</td><td>맞춤형</td><td>건조 질소를 제공하는 증발기</td></tr><tr><td>단일 양극 MCP 검출기</td><td>Hamamatsu</td><td>F2223</td><td>단일 양극 MCP lilfetime 측정을 위한</td></tr><tr><td>DC 전압 공급 MCP</td><td>Fluke</td><td>HV 공급 410B</td><td>전압 공급 MCP 양극 전원 공급</td></tr> 프리<tr><td>앰프용</td><td>Delta Elektronika</td><td>E 030-1</td><td>프리앰프용 전원 공급</td></tr> 장치 <tr><td>MCP 신호용 프리앰프</td><td>Ortec&nbsp;</td><td>VT120A</td><td>MCP 신호용 프리앰프</td></tr><tr><td>MCP 신호용 증폭기</td><td>Ortec(NIM 모듈)Ortec</td> <td>571</td><td>MCP 신호용 증폭기</td></tr><tr><td>CFD</td><td>Canberra</td><td>1428A</td><td>MCP 신호용 상수 분수 판별기</td></tr><tr><td>멀티채널 스케일러</td><td>Stanford Research</td><td>SR 430</td><td>신호 판독용 멀티채널 스케일러</td></tr><tr><td>제어 PC 4</td><td>Fujitsu</td><td>Esprimo P920</td><td>스케일러 판독 용 제어 컴퓨터</td></tr><tr><td>Labview</td><td>National Instruments</td><td>다양한 버전</td><td>측정 제어에 사용되는 프로그램</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks Inc.</td><td>버전 7.0</td><td>데이터 분석에 사용되는 프로그램</td></tr></tbody></table>

동위원소 퓨어 229th이온 빔 229mth연구 준비

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

방법론은 2+ 및 3+ 전하 상태에서 동위원소 순 229Th이온 빔을 생성하는 방법에 대해 설명합니다. 이 이온 빔은 약 7.8(5) eV의 여기 에너지와 최대 10 4초의 방사 수명에서 229Th의 저지대 이온성 첫 번째 흥분 상태를 조사할 수 있게 한다. 제시 된 방법은 토륨 이성질체의 붕괴의 첫 번째 직접 식별을 허용, 이 핵 전이의 광학 제어를위한 전제 조건으로 부패 특성을 연구하는 기초를 마련. 고에너지 229Th이온은 방사성 233U 공급원의 α 부패에서 생성된다. 이온은 완충가스 정지 셀에서 열화되고 추출된 후 이온 빔이 형성됩니다. 이 이온 빔은 순수한 이온 빔을 생성하기 위해 사중극자 질량 분리기에 의해 질량 정제된다. 이소미료 붕괴를 검출하기 위해, 이온은 마이크로 채널 플레이트 검출기의 표면에 수집되며, 여기서 전자는 이소메릭 상태의 내부 변환 붕괴에서 방출되는 것으로 관찰된다.

앞서 설명한 방법은 완충가스 정지 셀 내부에 배치된 233U 소스로부터 α 붕괴 산물을 추출할 수 있도록 허용하고, 실온에서 30 mbar 초순수 헬륨 가스로 작동하였다. 처음으로 삼중 충전 이온은 고효율29와같은 장치에서 추출 될 수있다. 그림 3a는 완충가스 전지에서 추출된 이온의 질량 스펙트럼을 표시하여, 233Uα-붕괴 제품(이하 이물질 adducts)의 세 군을 단호하고 이중으로, 그리고 삼중 충전된 이온 상태로 나타낸다. 주목할만한 233U 3 +에 비해 229Th3+ 추출의 지배력이며, 두 종은 이중으로 충전 될 때 약 동일한 강도로 추출됩니다. 이 사실은 233U 이온의 비교 측정에 사용되었으며, 이는 신호 기원으로 모든 이온 충격을 배제할 수 있게 했습니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig3.jpg"> 그림 3 : 229토륨 이소머의 직접 붕괴 식별. a) 233U 소스 129로수행 된 전체 질량 스캔 . 단위는 전하(e)를 통해 원자질량(u)으로 제공됩니다. b) 2+ 및 3+ 충전 상태에서 토륨과 우라늄이 축적되는 동안 얻은 MCP 신호의 비교 (질량 스캔에 연결되는 화살표로 표시). 233 당신과 234U 소스가 사용되었다 (소스 번호는 각 행의 오른쪽에 주어진다). 각 이미지는 2,000s의 통합 시간(파선 원으로 표시된 직경 20mm 조리개)의 개별 측정에 해당합니다. 이온의 부드러운 착륙을 보장하기 위해 -25 V MCP 표면 전압에서 측정을 수행했습니다. c) 소스 1을 가진 229Th3+ 추출 동안 얻은 229Th 이소아니아 붕괴의 신호. 약 2mm(FWHM)의 신호 영역 직경이 달성됩니다. 얻어진 최대 신호 강도는 약 0.01 카운트 /(s mm2)의 배경 속도에서0.08 카운트/(s mm2)이다. 스프링어 연구 11의종류 허가 . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
수송, 냉각 및 질량 분리 후, 이온 빔은 마이크로 채널 플레이트 검출기의 표면에 충돌, 낮은 매력적인 표면 전위는 이온 충격 신호의 억제를 보장하고 내부에서 발생하는 전자만 잎 변환(IC) 229mTh 이섬머의 붕괴 채널은 검출기 플레이트 채널의 강한 전기장에서 곱할 수 있다. 3개의 상이한 우라늄 소스에 대해 얻어진 결과 MCP 신호는 도 3b에표시된다. 각 개별 측정에서 사중극자 질량 분리기의 도움으로 선택된 이중 또는 삼중 전하 이온의 이온 종은 상부 패널로부터의 화살표로 지시된다. 그림은 MCP에서 전자가 가속된 형광체 스크린 뒤에 CCD 카메라로 취득한 사진입니다. CCD 카메라의 시야는 각각 삼중(처음 두 개의 열) 및 이중 충전(마지막 두 개의 열) 229Th 및 233U 이온에 대한 파선 원으로 표시됩니다. 위쪽 행은 작은 영역 233U 소스(예: 1000 추출된 229Th3+ 이온 초당, 소스 1)에 대해 얻은 결과를 나타내며, 하단 행은 10,000추출된 229Th 3+와 함께 더 강한 소스에 대해 동일하게 표시됩니다. 이온을 초당(소스 3) 두 경우 모두 229Th에대해 명확한 신호가 얻어지며, 233U 11에 대한 전자 신호의 표시는 관찰되지 않는다는 것이 명백합니다. 이 신호가 실제로 원자력 포탄 프로세스가 아닌 핵 탈취에서 비롯되었다는 것을 증명하기 위해 중간 행은 α 붕괴가 인접한 동위원소 230을 채우는 234U 소스를 사용할 때 결과 카메라 이미지를 보여줍니다. Th, 비교 전자, 아직 다른 핵 구조. 230Th에대한 예상대로, 연구된 어떠한 경우에도 전환 전자 신호의 표시가 발견되지 않는다. 따라서 그림 3c에 우수한 신호 대 배경 비율로 표시된 강한 신호는 229mTh의 붕괴와 명확하게 상관 관계가 있습니다.
이러한 해석을 지원하기 위한 추가 확인 측정은 그림4에 나와 있습니다. 그들은 등록 된 전자 신호가 실제로 핵 이소메의 붕괴에서 유래한다는 추가 증거를 제공하기 위해 두 가지 측정을 보여줍니다 : 그림 4a에서 MCP 검출기의 매력적인 표면 전위가 -100 V에서 변화했다는 것을 보여줍니다. 이온 충격에서 전자의 발생을 선호) 아래로 0 V, 추출 에 대한 MCP에 등록 된 카운트 비율을 비교 229Th2+ (빨간색) 및 233U2 + 이온 (파란색). 표면 전압이 ca. -40 V 이하인 들어오는 이온의 '소프트 랜딩'을 실현할 때 카운트 속도는 233U2+에 대해 0으로 떨어지며, 상당한 카운트 속도는 0V의 임계값까지 229Th2+에 남아 있습니다. 그림 4b에서파란색 곡선은 MCP 검출기 표면을 향한 강한 가속도 후 추출된 이온에 등록된 전자 카운트 속도를 233 U2+ 및 229Th2+ 이온으로 -2000 V. Ionic 충격으로 보여줍니다. 도 3a의추출된 질량 스펙트럼에서 이중 하전 이온에 대해 이미 나타난 바와 같이 약 동등한 강도로 관찰된다. 빨간색 곡선은 동일한 시나리오를 보여 주지만 이제 -25V MCP 표면 전위를 가진 들어오는 이온의 '소프트 랜딩'에 대해. 233U2+의 이온 충격 신호의 표시는 더 이상 표시되지 않으며, 229Th2+ 신호는 이소메릭 내부 변환 붕괴(11)에서 유래합니다.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig4.jpg"> 그림 4 : 이소머 부패 검증 측정. a) 229Th2+ 신호(빨간색)는 MCP 표면 전압의 함수로서 233U2+ (파란색)와 비교됩니다. 오류는 그늘진 밴드로 표시됩니다. b) 추출된 이온의 신호는 MCP 표면 전압 -25V(이솜 부패, 적색) 및 -2,000V(이온 충격, 청색)에 대한 QMS 뒤의 질량 대 전하 비율의 함수입니다. 서로 다른 통합 시간 및 축 축 축 축 축 축 을 기록합니다. 114.5 u/e(229 Th2+에해당)의 신호 외에도 117.5 u/e에서 추가 신호가 발생하며, 이는 235U의 이소메릭 붕괴에서 비롯됩니다. 스프링어 연구11의종류 허가 . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
따라서, 도 4에서 관찰된 신호가 229mTh의 이소메릭 붕괴로부터 유래하고, 첫 번째 직접 식별을 나타낸다는 것을 명백하게 입증할 수 있다(Ref. 11에주어진 추가 인수와 함께). 이 애매한 이성애자의 속임수.
그 후 세그먼트 추출-RFQ는 선형 폴 트랩으로 작동하여 다발이 이온 빔을 생성하여 토륨 이온계의 수명 측정을 가능하게 합니다. 우리의 실온 고진공은 최대 104 초의 예상 복사 수명을 조사하기에 충분한 긴 저장 시간을 허용하지 않기 때문에, 충전 된 229mTh에 대해 t1/2 > 1 분의 하한만 도출 할 수 있습니다. 이온, 선형 폴 트랩(11)에서달성 가능한 최대 이온 저장 시간에 의해 제한. 그러나 MCP 검출기의 표면에 토륨 이온을 중화한 후 이소머 붕괴를 식별하기 위해 이전에 적용된 것과 동일한 검출 전략을 사용하여, 중성 229mTh 원자에 대한 수명이 훨씬 더 짧아질 것으로 예상됩니다. 내부 변환 붕괴는 수명 정보에 대한 액세스를 제공합니다12. 그림 5a는 펄스 폭이 10μs인 이온 다이온 다이프에 대해 시뮬레이션된 대로 감쇠 시간 스펙트럼의 예상 형상을 나타낸다. 빨간색 곡선은 이온 충격 신호를 나타내고 7 μs 반감기를 가진 지수 붕괴의 신호는 긴 부패 꼬리를 가진 회색 곡선으로 표현되지만, 토륨 이소메의 붕괴에서 예상되는 신호는 이온 충격과 e로 구성됩니다. xponential 이소아니아 붕괴, 파란색 곡선에 의해 설명된다. 도 5b는 각각 233U 3+(빨간색) 및 229Th3+(파란색)에 대한 해당 측정 결과를 표시합니다. 우라늄 이온은 이온성 충격 신호만을 나타내지만, 229-토륨의 경우 이소메기 붕괴의 예상 부패 꼬리가12를관찰할 수 있다.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig5.jpg"> 그림 5 : 시간이온 충격 및 부패 특성을 시뮬레이션하고 측정합니다. a) 229Th무리의 이소머 붕괴 시간 특성의 시뮬레이션. 시뮬레이션은 측정된 무리 모양과 229Th이온중 2%가 중화 후 반감기 7 μs의 이소만 상태에 있다는 가정을 기반으로 합니다. 전자 검출 효율은 이온 검출 효율보다 25배 더 큰 것으로 가정됩니다. b) 229(m)Th3+ 이온 빔(파란색)으로 이소미감 붕괴의 측정. 233U3+를 가진 비교 측정은 빨간색으로 표시됩니다. 미국 물리 학회 의 종류 허가12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
감쇠 꼬리를 지수(도 6의로그 표현에 대한 선형 맞춤에 해당)로 피팅하면 마침내 7(1) μs12의중립 229mTh 이소머의 반감기가 생성됩니다. 이 값은 α IC~109 37의큰 변환 계수로 인해 충전된 이소머의 경우 ca. 10 4초로부터 9배의 크기로 이론적으로 예상 수명 감소에 동의한다. 
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig6.jpg"> 그림 6 : 229m에 적합 Th 붕괴 곡선. 229(m)Th2+ 이온(a) 및 229(m)Th3+ 이온(b)에 대한 시간적 붕괴 특성의 로그플롯은 전하 재조합 후 229mTh의이소메릭 반감기를 추출하기 위해 적용된 맞춤 곡선과 함께 MCP 검출기 표면. 미국 물리 학회 의 종류 허가12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

우리는 233U 소스로부터 동위원소로 정제된 저에너지 229Th이온 빔의 생성을 위한 프로토콜을 제시한다. 이 이온 빔은 내부 변환 붕괴 채널을 통해 229mTh 접지 상태 붕괴를 직접 감지하는 데 사용됩니다. 또한 내부 변환 수명도 229mTh로 측정합니다.

동위원소 퓨어 229Th이온 빔 229mTh연구 준비

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 ...

이 방법은 우라늄-233의 알파 붕괴 에 이어 동위원소 순수 토륨-229 이온 빔의 생산을 설명합니다. 이 기술의 주요 장점은 원자력 클럽 개발과 관련된 저에너지 핵 흥분 상태에서 토륨-229 이온을 연구할 수 있다는 것입니다. 절차를 시연하는 것은 우리의 실험실에서 학생 인 이네스 아머스도르퍼 (Ines Amersdorffer)가 될 것입니다.우라늄-233 소스는 동위원소 순수 토륨-229 이온 빔을 만들기 위한 이 설정에 장착되어 있습니다. 진공 챔버는 실험을 준비하기 위해 대피하고 구워졌습니다. 설정은 시스템을 모니터링하고 제어하는 데 사용되는 전자 장치 뒤에 있습니다.연구원은 주로 데이터를 수집하고 표시하는 컴퓨터를 통해 전자 장치와 상호 작용합니다. 이 컷 어웨이 회로도는 장치의 요소를 묘사합니다. Thorium-229 isomers및 완충 가스 정지 셀을 생성하여 CCD 카메라로 검출하는 단계를 고려하십시오.290킬로 베크렐, 넓은 면적 우라늄-233 소스는 첫 번째 흥분 상태 이소머의 2 %를 포함하여 알파 붕괴 토륨-229 핵을 생산하고 있습니다. 빠른 토륨 핵은 소스를 탈출하고 초순수 헬륨 대기 완충 가스 정지 세포에서 열화된다. 다음으로 그들은 전기 깔때기 시스템을 만난다.무선 주파수와 직류 전기장은 추출 노즐로 안내합니다. 노즐의 초음속 가스 제트는 핵을 무선 주파수 쿼드러폴 구조로 진공 챔버로 이동합니다. 구조는 이온 가이드, 얼굴 공간 쿨러 및 잠재적으로 극 트랩 역할을합니다.다음 진공 챔버에는 선택 가능한 충전 상태에서 상소순 토륨-229를 분리하는 쿼드러폴 질량 분리기가 있습니다. 3링 전극을 장착한 삼총전극 시스템은 이온을 검출기에 초점을 맞춥니다. 마이크로 채널 플레이트 검출기와의 상호 작용은, 메타 안정 이온이 CCD 카메라와 인광 스크린에서 곱하고 검출되는 전자를 부패하고 방출하게 합니다.이것은 진공 챔버 및 관련 장비의 단면 회로도이다. 촉매 가스 정화기를 시작하고 작동 온도에 도달하기 위해 20 분을 기다려 실험을 시작합니다. 다음으로 헬륨 가스 실린더를 열기 전에 바이패스 밸브가 닫혀 있는지 확인합니다.약 0.5 바의 압력을 측정할 때까지 압력 감속기 밸브를 엽니다. 그런 다음 압력 감속기에서 가스 튜브로 밸브를 엽니다. 32 밀리바의 세포 압력을 설정하여 가스 흐름 제어를 엽니 다.약 10 분 동안 가스 튜브를 플러시합니다. 그런 다음 압력 감속기를 가스 튜브에 연결하는 밸브를 닫고 헬륨이 제거될 때 몇 분 간 기다립니다. 더 높은 순도 버퍼 가스의 경우 냉동 트랩을 액체 질소로 채웁니다.완충 가스 셀과 터보 분자 펌프 사이의 게이트 밸브를 원격 작동으로 설정한 다음 게이트 밸브를 원격으로 닫습니다. 압력 감속기를 가스 튜브에 연결하는 밸브를 엽니다. 이 시점에서 완충 가스 정지 셀은 헬륨 가스의 약 30 밀리바르로 채워져 있습니다.무선 주파수 쿼드러폴 챔버 압력은 약 10에서 마이너스 4 밀리바입니다. 쿼드러폴 질량 분리기 챔버 압력은 약 10에서 마이너스 5 밀리바입니다. RFQ 진공 챔버에 부착된 터보 분자 펌프의 회전 속도를 조정하여 10의 주변 압력을 마이너스 2밀리바로 설정합니다.이 업데이트 된 회로도에는 가이딩 전기장을 적용하는 데 필요한 장비의 표현이 포함됩니다. DC 전압 공급을 사용하여 우라늄 소스에 DC 전위를 적용합니다. 다음으로, 분할된 깔때기 전극 시스템을 준비한다.DC 전원 공급 장치와 24채널 DC 오프셋 공급 장치를 사용하면 DC 의 잠재적 그라데이션을 4볼트퍼센트및 3볼트 오프셋으로 적용합니다. 추출 노즐에 약 2볼트의 DC 잠재력을 적용합니다. 12볼트 분할 추출 무선 주파수 쿼드러폴에 DC 잠재 잠재력을 적용하여 이에 따라 다하십시오.24 채널 DC 오프셋 공급으로 그라데이션을 만듭니다. 쿼드러폴의 12개 세그먼트 각각에 대한 전압은 개별적으로 적용할 수 있습니다. 추출 노즐에 가장 가까운 세그먼트에 1.8볼트를 적용합니다.현명하게 단계, 0.2 볼트에 의해 후속 세그먼트의 전압을 감소 0.1 센티미터의 DC 그라데이션을 달성. 이제 기능 발생기와 선형 RF 앰프를 사용하여 깔때기 링 전극 시스템에 약 850 킬로헤르츠, 220볼트 피크-피크-피크 진폭의 주파수를 적용합니다. 또 다른 주파수 발생기와 두 개의 RF 증폭기를 사용하여 추출 무선 주파수 쿼드러폴 및 개별 다발전극에 880 킬로헤르츠, 120~250볼트 피크-투 피크 진폭을 적용한다.깔때기 링 전극에 RF 전압을 적용할 때 헬륨 완충 가스가 충분히 순수하지 않으면 완충 가스 정지 셀에서 불꽃이 발생합니다. 이 경우 절차를 중단하고 하루 동안 굽는 작업을 수행하여 완전한 추출 효율을 다시 얻습니다. DC 전압 공급을 사용하여 추출 무선 주파수 쿼드러폴의 추출 전극에 마이너스 1볼트의 전위를 적용합니다.DC 오프셋 모듈을 사용하여 쿼드러폴 질량 분리기의 오프셋 전압을 마이너스 2볼트로 설정합니다. 쿼드러폴 질량 분리기와 관련된 기능 발생기 및 RF 증폭기를 켜서 시작합니다. 질량 충전 비율 및 쿼드러폴 질량 분리기를 선택한 후 4채널 전원 공급 장치를 사용하여 집중 삼각전극 구조에 전위를 적용한다.안내 필드를 설정 한 후 쿼드러폴 질량 분리기를 조정하는 데 필요한 장비와 함께 작동합니다. 먼저 전면 플레이트, 백 플레이트 및 인광판이 있는 이중 플레이트 마이크로 채널 플레이트 검출기에 전압을 적용합니다. 고전압 모듈을 사용하여 음수 1, 000 볼트의 매력적인 잠재력을 이중 플레이트 마이크로 채널 플레이트 검출기의 전면 플레이트에 적용합니다.두 번째 고전압 모듈을 사용하면 검출기의 두 번째 플레이트 뒷면에 양수 900 볼트를 적용합니다. 마이크로 채널 플레이트 검출기 뒤에 있는 인광 스크린에 양수 3, 000 볼트를 적용하려면 세 번째 고전압 모듈을 사용합니다. CCD 카메라와 인광 화면 뒤에 있는 밝은 좁은 하우징을 켜고 노출 매개 변수를 구성합니다.신호가 있을 때까지 카메라 출력과 4중대 질량 분리기 질량 과충전 비율을 토륨-229 2플러스의 예상 값 아래에서 관찰한다. 약 10, 000 토륨 2 플러스 이온은 약 3.5%의 총 효율에 해당하는 초당 추출된다. 우라늄-233 튜브에 대한 토륨 신호 스캔을 찾은 후 다시 질량 과전비를 증가시킴으로써 신호.토륨 신호가 사라지면 우라늄 신호가 분명해져야 합니다. 토륨-229 2개 플러스 이온 종만 추출하기 위해 쿼드러폴 질량 분리기를 설정합니다. 질량 분리기를 조정하면 이소성 붕괴를 계속 감지합니다.이온화 헬륨과 빛에서 배경을 줄이기 위해 쿼드러폴 질량 분리기 압력 센서를 끕채십시오. 선택한 토륨 이온을 추출하기 위해 분리기 매개 변수를 조정합니다. 그런 다음 마이크로 채널 플레이트 검출기의 전면 플레이트의 표면 전위잠재력을 마이너스 30볼트로 줄입니다.마이크로 채널 플레이트 검출기의 제2 플레이트, 일반적으로 1, 900 볼트에 가속 전위를 적용합니다. 검출기 뒤의 인광 스크린에 가속 전위, 일반적으로 4, 000 볼트를 적용한다. CCD 이미지의 획득 시퀀스를 시작합니다.카운트 비율은 초당 약 3개에 달합니다. 이미지 평가 및 후처리를 위해 데이터를 저장합니다. 이 질량 검사는 전기 전하에 대한 원자질량 단위로 하며 5초 이상 측정된 수를 나타냅니다.노래, 이중 및 삼중 충전 상태에서 추출 된 이온 종의 세 그룹이 있습니다. 이온화 우라늄에 비해 트립이온토륨의 상대적 수를 유의하십시오. 토륨과 우라늄의 트립 충전 상태에 대한 이러한 마이크로 채널 플레이트 검출기 신호는 세 개의 별도 우라늄 소스와 실험을 반영한다.우라늄-233의 서로 다른 강점의 두 공급원은 우라늄이 아닌 토륨에 대한 명확한 신호를 생성했다. 우라늄-234 소스를 이용한 테스트는 우라늄-233 소스로 생성된 신호가 원자포탄 공정이 아닌 핵 분사로부터 나온 증거를 제공하는 신호를 생성하지 않았다. 이중 충전 토륨과 우라늄에 대한 마이크로 채널 플레이트 검출기 이미지는이 해석과 일치합니다.이 데이터의 경우 마이크로 채널 검출기의 매력적인 플레이트는 전압을 선호하는 전자에서 이온 충격에서 0 볼트까지 다양합니다. 이중 충전 우라늄의 카운트 비율과 는 달리, 제로 볼트의 임계 값까지 이중 충전 토륨에 대한 상당한 카운트 비율이있다. 이것은 신호가 핵 이소종의 붕괴에서 온 추가 증거를 제공합니다.이 기술은 thory-myz-imer의 수명 및 흥분 에너지를 측정하고 초미세 구조의 측정을 위한 길을 열었습니다. 궁극적으로 초정밀 광학 핵 시계의 개발로 이어질 수 있습니다.

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229mth 연구를 위한 동위원소적으로 순수한 229Th 이온 빔 준비

표면 상에 대량으로 선택 이온의 연착륙은 새로운 물질의 높은 제어 준비를위한 강력한 방법입니다. 현장 이차 이온 질량 분석 (SIMS)과 적외선 반사 흡수 분광법 (IRRAS)에 의한 분석과 함께, 부드러운 착륙은 표면과 잘 정의 된 종의 상호 작용에 전례없는 통찰력을 제공합니다.

대량 선택 이온 소프트 랜딩에 의해 준비 잘 정의 된 표면의 제자리 SIMS 및 IR 분광법

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잠수함 수열 황화물 의 230Th-U 연대를위한 우라늄과 토륨의 분리

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동위원소 퓨어 ^229Th이온 빔 ^229mTh연구 준비

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