हम एक 233यू स्रोत से एक समस्थानिक रूप से शुद्ध कम ऊर्जा 229वें आयन बीम के उत्पादन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। इस आयन बीम आंतरिक रूपांतरण क्षय चैनल के माध्यम से 229mTh जमीन राज्य क्षय का प्रत्यक्ष पता लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है. हम 229mTh के आंतरिक रूपांतरण जीवनकाल को भी मापते हैं.
एक पद्धति 2 + और 3 + प्रभारी राज्यों में एक समस्थानिक शुद्ध 229Th आयन बीम उत्पन्न करने के लिए वर्णित है। इस आयन बीम के बारे में 7.8(5) eV और अप करने के लिए एक विकिरणी जीवनकाल की एक उत्तेजना ऊर्जा पर 229Th के कम झूठ isomeric पहले उत्साहित राज्य की जांच करने के लिए सक्षम बनाता है 104 सेकंड. प्रस्तुत विधि थोरियम isomer के क्षय की पहली प्रत्यक्ष पहचान के लिए अनुमति दी, नींव बिछाने के लिए इस परमाणु संक्रमण के एक ऑप्टिकल नियंत्रण के लिए शर्त के रूप में अपने क्षय गुणों का अध्ययन. उच्च ऊर्जा 229थ् आयनों का उत्पादन रेडियोधर्मी 233उ स्रोत के क्षय में किया जाता है। आयनों को बफर गैस रोक सेल में थर्मलीकृत किया जाता है, निकाला जाता है और बाद में एक आयन बीम बनता है। यह आयन किरण एक शुद्ध आयन किरण उत्पन्न करने के लिए एक चौतुंबोले द्रव्यमान विभाजक द्वारा द्रव्यमान शुद्ध है। समकाय क्षय का पता लगाने के लिए आयनों को सूक्ष्म-चैनल प्लेट डिटेक्टर की सतह पर एकत्र किया जाता है, जहाँ समीपवर्ती अवस्था के आंतरिक रूपांतरण क्षय में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन पाए जाते हैं।
थोरियम-229 नाभिक में पहली उत्तेजित मेटास्टेबल अवस्था, जिसे 229 मीटरथ् के रूप में दर्शाया गया है, परमाणु परिदृश्य में एक विशेष स्थान प्रदर्शित करती है, क्योंकि इसमें वर्तमान में ज्ञात ए 176,000 परमाणु उत्तेजित राज्यों की सबसे कम परमाणु उत्तेजना ऊर्जा होती है। जबकि विशिष्ट परमाणु ऊर्जा केवी से लेकर मेव क्षेत्र तक होती है , 229 मीटरथ् के पास परमाणु भू-राज्य1,2,3से ऊपर 10 ईवी से कम की ऊर्जा होती है . इस राज्य के लिए वर्तमान में सबसे अधिक स्वीकृत ऊर्जा मान 7.8(5) ईवी4,5है . यह कम ऊर्जा मूल्य विभिन्न शारीरिक समुदायों से ब्याज ट्रिगर किया गया है और कई दिलचस्प अनुप्रयोगों के प्रस्ताव के लिए नेतृत्व किया. इनमें एक परमाणु लेजर6, क्वांटम कंप्यूटिंग7 और एक परमाणु घड़ी8,9के लिए एक अत्यधिक स्थिर क्वीबिट हैं .
कारण है कि 229mTh अनुप्रयोगों की एक विस्तृत विविधता की पेशकश की उम्मीद है तथ्य यह है कि, अपनी असाधारण कम ऊर्जा के कारण, यह केवल परमाणु राज्य है कि प्रत्यक्ष परमाणु लेजर उत्तेजना वर्तमान में उपलब्ध लेजर का उपयोग कर के लिए अनुमति दे सकता है पर आधारित है प्रौद्योगिकी. अब तक, तथापि, 229mवें के प्रत्यक्ष परमाणु लेजर उत्तेजना अपनी सटीक ऊर्जा और जीवन भर की तरह metastable राज्य के मापदंडों के अपर्याप्त ज्ञान से रोका गया था. हालांकि 229Th में कम ऊर्जा के एक परमाणु उत्साहित राज्य के अस्तित्व को पहले से ही 197610में अनुमान लगाया गया था, इस राज्य के बारे में सभी ज्ञान केवल अप्रत्यक्ष माप से अनुमान लगाया जा सकता है, इसके क्षय का एक सटीक निर्धारण के लिए अनुमति नहीं पैरामीटर. यह स्थिति 2016 के बाद से बदल गई है, जब 229mTh क्षय का पहला प्रत्यक्ष पता लगाने के लिए उत्तेजित राज्य के मापदंडों11,12नीचे पिन करने के लिए लक्ष्य माप की एक भीड़ के लिए दरवाजा खोला. यहाँ, एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान किया गया है, जो 2016 के प्रयोग में प्राप्त 229mTh का प्रत्यक्ष पता लगाने के लिए आवश्यक अलग-अलग चरणों का वर्णन करता है। यह प्रत्यक्ष पता लगाने 229mTh ऊर्जा और जीवन भर के एक सटीक निर्धारण के लिए आधार प्रदान करता है और इसलिए एक परमाणु घड़ी के विकास के लिए. निम्नलिखित में 229mTh के लिए सबसे महत्वपूर्ण आवेदन के रूप में एक परमाणु घड़ी की अवधारणा पर चर्चा की जाएगी.
[E]10-20 की सापेक्ष रेखा चौड़ाई के साथ थोरियम आइसोमर का भू-स्थिति संक्रमण संभावित रूप सेनाभिकीय आवृत्ति मानक (‘परमाणु घड़ी)8,9 के रूप में उत्तीर्ण होताहै। परमाणु कवच की तुलना में छोटे परिमाण के लगभग 5 आदेशों के परमाणु नाभिक के कारण, परमाणु क्षण (चुंबकीय द्विध्रुव और विद्युत चतुर्ध्रुव) तदनुसार परमाणुओं में उन लोगों की तुलना में छोटे होते हैं, जिससे परमाणु घड़ी को बाहरी के विरुद्ध काफी हद तक प्रतिरक्षा प्रदान की जाती है। क्षोभ (वर्तमान अत्याधुनिक परमाणु घड़ियों की तुलना में)। इसलिए, एक परमाणु आवृत्ति मानक एक अत्यधिक स्थिर और सटीक घड़ी आपरेशन का वादा किया. हालांकि सबसे अच्छा वर्तमान परमाणु घड़ियों में प्राप्त सटीकता के बारे में तक पहुँचता है 2.1×10-1813, एक समय अवधि में 1 सेकंड के विचलन के लिए इसी काफी ब्रह्मांड की उम्र की तुलना में अब, परमाणु घड़ियों एक और की क्षमता पकड़ सुधार जो अनुप्रयोगों के एक विशाल क्षेत्र के लिए आवश्यक हो सकता है. ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (जीपीएस), ग्लोबल नेवीगेशन सैटेलाइट सिस्टम (ग्लोनास) या गैलीलियो जैसे सैटेलाइट आधारित नेविगेशन सिस्टम वर्तमान में कुछ मीटर की स्थिति परिशुद्धता के साथ काम करते हैं। यदि इसे सेंटीमीटर या मिलीमीटर पैमाने पर भी सुधारा जा सकता है, तो स्वायत्त ड्राइविंग से लेकर माल ढुलाई या घटक ट्रैकिंग तक अनेक अनुप्रयोगों की परिकल्पना की जा सकती है। अत्यधिक सटीक घड़ियों के अलावा, इस तरह के सिस्टम को लंबे समय तक बहाव स्थिरता के साथ विश्वसनीय निर्बाध संचालन की आवश्यकता होगी जो दीर्घकालिक-रीसिंक्रोनाइजेशन अंतराल को सुरक्षित करता है। परमाणु घड़ियों का उपयोग इस व्यावहारिक दृष्टिकोण से फायदेमंद हो सकता है। परमाणु घड़ियों के आगे व्यावहारिक अनुप्रयोगों (सिंक्रनाइज़्ड नेटवर्क) आपेक्षिकीय geodesy14के क्षेत्र में झूठ बोल सकता है, जहां घड़ी एक 3 डी गुरुत्वाकर्षण सेंसर के रूप में कार्य करता है, स्थानीय गुरुत्वाकर्षण क्षमता मतभेद से संबंधित -U मापा (रिश्तेदार) घड़ी आवृत्ति अंतर [f/f ] f/f ]-[U/c2 (ग प्रकाश की गति को दर्शाता है)। सबसे अच्छा वर्तमान घड़ियों के बारे में $ 2 सेमी की ऊंचाई मतभेद से गुरुत्वाकर्षण बदलाव संवेदन करने में सक्षम हैं। इस प्रकार, एक परमाणु घड़ी नेटवर्क का उपयोग कर अल्ट्रा सटीक माप ज्वालामुखी magma कक्षों या tectonic प्लेट आंदोलनों15की गतिशीलता पर नजर रखने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, इस तरह के घड़ी नेटवर्क का उपयोग एक उपकरण के रूप में प्रस्तावित किया गया था के लिए सैद्धांतिक रूप से वर्णित topological अंधेरे पदार्थ16के वर्ग के लिए खोज . व्यापक चर्चा ठीक संरचना स्थिरांक की तरह मौलिक स्थिरांकों के संभावित अस्थायी विविधताओं का पता लगाने के लिए खोज में एक 229mTh आधारित परमाणु घड़ी के आवेदन पर साहित्य में पाया जा सकता है – या मजबूत बातचीत पैरामीटर (mु/ ]QCD, mु के साथ क्वार्क द्रव्यमान का प्रतिनिधित्व करता है और$QCD मजबूत बातचीत के पैमाने पैरामीटर का प्रतिनिधित्व करते हैं, कुछ सिद्धांतों में सुझाव दिया गया है जो गुरुत्वाकर्षण को अन्य अन्योन्यक्रियाओं के साथ एकीकृत करताहै 17। 229mTh की जमीन राज्य संक्रमण ऊर्जा में एक अस्थायी भिन्नता का पता लगाने ठीक संरचना स्थिरांक या मजबूत बातचीत पैरामीटर के अस्थायी विविधताओं के लिए परिमाण के बारे में 2-5 आदेश द्वारा एक बढ़ाया संवेदनशीलता प्रदान कर सकते हैं 18,19,20,21,22,23,24,25,26. $ की ऐसी भिन्नता के लिए वर्तमान प्रयोगात्मक सीमा (d$/dt)/$-0.7(2.1)10-17/yr27. निम्नलिखित में 229mTh जमीन राज्य क्षय के प्रत्यक्ष पता लगाने के लिए प्रयोगात्मक दृष्टिकोण का वर्णन किया जाएगा.
हाल ही में जब तक 229-थोरियम isomer के अस्तित्व के लिए सबूत केवल अप्रत्यक्ष माप से inferred किया जा सकता है, 7.8(5) ईवी की एक उत्तेजना ऊर्जा का सुझाव (वैक्यूम पराबैंगनी वर्णक्रमीय रेंज में एक तरंगदैर्ध्य के बराबर 160(11) एनएम)4 , 5.हमारा प्रयोगात्मक दृष्टिकोण, 229mTh isomer के isomeric जमीन राज्य deexcitation की एक सीधी पहचान पर लक्ष्य, एक बफर गैस रोक सेल में isomer आबादी के एक स्थानिक जुदाई पर बनाता है, एक निष्कर्षण के बाद, और एक उपयुक्त पता लगाने इकाई की ओर बड़े पैमाने पर अलग परिवहन deexcitation उत्पादों28,29रजिस्टर करने के लिए . इस प्रकार जनसंख्या और isomer के deexcitation उलझन में हो सकता है, एक स्वच्छ माप वातावरण में जिसके परिणामस्वरूप, शीघ्र पृष्ठभूमि योगदान से अप्रभावित. Isomer की जनसंख्या एक रेडियोधर्मी 233यू स्रोत है, जहां एक 2% क्षय शाखा 229Th की जमीन राज्य के लिए सीधे नहीं आय से क्षय के माध्यम से प्राप्त की है, लेकिन isomeric पहले उत्साहित राज्य के बजाय आबाद. विद्युत रेडियो आवृत्ति (आरएफ) और प्रत्यक्ष धारा (डीसी) क्षेत्रों द्वारा निर्देशित किया जा रहा से पहले एक बफर गैस रोक सेल के एक अति-शुद्ध हीलियम वातावरण में थर्मलीकृत कर रहे हैं , जहां उभरते सुपरसोनिक गैस जेट खींचें उन्हें एक आसन्न वैक्यूम कक्ष में, आवास एक (खंडित) रेडियो आवृत्ति चौपाया (RFQ) संरचना आयन गाइड के रूप में अभिनय, चरण अंतरिक्ष कूलर और संभवतः भी निकाले आयनों bunching के लिए रैखिक पॉल जाल के रूप में. बफर गैस रोक सेल और निष्कर्षण RFQ रेफरी का एक विस्तृत विवरण के लिए देखें. 30 , 31 , 32.उस पल तक निकाले गए आयन बीम में 229 (m)थ के अतिरिक्त भी क्षय पुत्री उत्पादों की श्रृंखला होती है, इसलिए बाद के निर्वात कक्ष में द्रव्यमान पृथक्करण का प्रयोग किया जाता है चयन प्रभार राज्यों में एक समस्थानिक शुद्ध 229 (m)Th बीम उत्पन्न (Q$1-3). QMS का एक विस्तृत विवरण refs में पाया जा सकता है. 33 , 34.आइसोमरिक क्षय का पता लगाने के लिए एक माइक्रोचैनल-प्लेट डिटेक्टर (एमसीपी) की सतह पर सीधे थ्यॉनों को imping द्वारा प्राप्त किया गया था, जहां इलेक्ट्रॉनमुक्त होते हैं, फॉस्फोर स्क्रीन की ओर त्वरित होते हैं और आवेश-युग्मित उपकरण (सीसीडी) द्वारा देखे जाते हैं। कैमरा. प्रायोगिक सेटअप का अवलोकन चित्र 1में दिखाया गया है। एक विस्तृत विवरण रेफरी35में दिया गया है।
चित्र 1: प्रयोगात्मक सेटअप का अवलोकन. थोरियम-229 समीति यूरेनियम-233 के क्षय में 2% क्षय शाखा के माध्यम से आबादी है। 229 मीटर अपनी गतिज हटना ऊर्जा के कारण 233उ स्रोत को छोड़कर, 30 मीटरर हीलियम गैस से भरे बफर गैस रोक सेल में थर्मलीकृत किया जाता है। आयनों आरएफ और डीसी क्षेत्रों के लिए मदद से रोक मात्रा से निकाले जाते हैं और एक कम ऊर्जा आयन बीम एक रेडियो आवृत्ति चौपाया (RFQ) की मदद से गठन किया है. आयन बीम एक चौतुटोल-मास-विभाजक (QMS) की मदद से बड़े पैमाने पर शुद्ध है और आयनों धीरे एक माइक्रो चैनल प्लेट की सतह में प्रत्यारोपित कर रहे हैं (MCP) डिटेक्टर एक फॉस्फोर स्क्रीन के साथ संयुक्त जो स्थानिक रूप से हल पता लगाने के लिए अनुमति देता है किसी भी होने वाली संकेत. स्प्रिंगर अनुसंधान की तरह की अनुमति के साथ, यह आंकड़ा11से संशोधित किया गया है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
निम्नलिखित प्रोटोकॉल 229(m)Th आयन बीम है कि थोरियम isomer की जमीन राज्य क्षय का पहला प्रत्यक्ष पता लगाने सक्षम उत्पन्न करने के लिए अंतर्निहित प्रक्रिया का वर्णन करता है, इस प्रकार के रूप में अपने क्षय गुणों का अध्ययन करने के लिए नींव बिछाने एक अंततः एक अति सटीक परमाणु आवृत्ति मानक के रूप में अपने आवेदन की दिशा में इस विदेशी परमाणु राज्य के सभी-ऑप्टिकल नियंत्रण की कल्पना. बेहतर अभिविन्यास के लिए चित्र 2में आइसोमिक क्षय11 का प्रत्यक्ष पता लगाने के लिए प्रयुक्त सेटअप का एक योजनाबद्ध अवलोकन निम्नलिखित प्रोटोकॉल में अभिलिखित घटकों की संख्यात्मक लेबलिंग से युक्त है। इसके अलावा जीवन भर निर्धारण के लिए इस्तेमाल किया घटक12 एक इनसेट के रूप में निहित हैं.
चित्र 2: isomeric क्षय का पता लगाने के लिए इस्तेमाल प्रयोगात्मक सेटअप के Schematic स्केच. आजीवन माप के लिए उपयोग किए जाने वाले घटक इनसेट के रूप में दिखाए जाते हैं. प्रोटोकॉल अनुभाग में संदर्भित किए जाने वाले अलग-अलग घटक संख्यात्मक रूप से लेबल किए गए हैं. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
यूरेनियम में क्षय पुत्री नाभिक की श्रेणी लगभग 16 दउ तक ही होती है। किसी स्रोत गतिविधि के लिए $-रिकोइल आयनों के लिए स्रोत की उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए, स्रोत सामग्री की मोटाई को इस श्रेणी तक सीमित करना अनिवार्य है। बफर गैस सेल की सफाई से प्रतिक्षेप निष्कर्षण दक्षता पर दृढ़ता से प्रभाव होता है। रोक गैस के संदूषण विनिमय या अणु गठन चार्ज करने के लिए नेतृत्व करेंगे. इसलिए, गैस सेल ही अल्ट्रा उच्च वैक्यूम मानकों के अनुसार बनाया जाना है, विशेष रूप से सेल के एक पाक के लिए अनुमति देने के लिए और किसी भी कार्बनिक सामग्री के अंदर से बचने. रोक गैस तकनीकी राज्य के अनुसार शुद्ध किया जाना है अत्याधुनिक, उच्चतम ग्रेड गैस शुद्धता से शुरू उत्प्रेरक शुद्धि और एक अल्ट्रा स्वच्छ गैस की आपूर्ति लाइन के माध्यम से गैस सेल के लिए वितरण द्वारा सहायता प्रदान की, आंशिक रूप से एक क्रायोजेनिक जाल से घिरा हुआ अशुद्धियों को फ्रीज करें। सामान्य में, गैस सेल निष्कर्षण नोजल की स्थिति के लिए पूर्ण सेटअप के केंद्रीय अक्ष के सावधान संरेखण एक उच्च परिवहन और पता लगाने दक्षता29को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है.
चरण 1.4.5 प्रोटोकॉल का सबसे महत्वपूर्ण है. कुशल आयन निष्कर्षण के लिए एक उच्च आरएफ आयाम कीप अंगूठी इलेक्ट्रोड के लिए लागू किया जाना है. हालांकि, अगर आयाम बहुत अधिक चुना जाता है, गैस सेल में स्पार्क्स हो जाएगा. अधिकतम प्राप्त आरएफ वोल्टेज आयाम बफर गैस की शुद्धता पर गंभीर रूप से निर्भर करता है. वोल्टेज का एक सफल आवेदन कीप ऑफसेट वोल्टेज की वर्तमान के माध्यम से नजर रखी है. इस धारा स्पार्क्स के मामले में वृद्धि होगी. यदि स्पार्क्स हुआ है, बेक आउट प्रक्रिया के क्रम में उच्चतम आयन निष्कर्षण दक्षता की गारंटी के लिए दोहराया जाना है.
एक और महत्वपूर्ण बिंदु MCP डिटेक्टर के लिए उच्च voltages के आवेदन है (कदम 1.6.2-1.6.4). फील्ड उत्सर्जन MCP पर हो सकता है, इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के लिए अग्रणी जो artefactual संकेतों के लिए नेतृत्व कर सकते हैं.
इष्टतम आयन निष्कर्षण और (कूल्ड और बड़े पैमाने पर शुद्ध) का पता लगाने इकाई की ओर परिवहन केंद्रीय ऑप्टिकल अक्ष के सावधान संरेखण की आवश्यकता है। एक ऑप्टिकल संरेखण प्रणाली की उपलब्धता (संरेखित लेजर या थियोडोलाइट) आवश्यक है. निष्कर्षण RFQ और QMS के माध्यम से कुशल आयन परिवहन छड़29के प्रत्येक विपरीत जोड़ी के लिए लागू दो विपरीत चरणों के लिए रेडियो आवृत्ति आयाम की एक सतत स्थिरीकरण की आवश्यकता है. निष्कर्षण या परिवहन समस्याओं की पहचान एक आयन नैदानिक एहसास के द्वारा सुविधा जनक किया जा सकता है, एक मल्टीचैनल प्लेट डिटेक्टर के माध्यम से या तो लगातार आयन पथ के साथ विभिन्न पदों पर रखा के कमीशन चरण के दौरान सेटअप, या वैकल्पिक रूप से, उदा, के तहत 90o एक उच्च नकारात्मक सतह वोल्टेज के साथ निष्कर्षण RFQ के पीछे (1-2 केवी) डिटेक्टर की ओर सभी निकाले आयनों को आकर्षित करने के लिए.
ऑपरेशन के दौरान आम तौर पर दो समस्याएं पैदा कर सकती हैं। सभी voltages सही ढंग से लागू नहीं कर रहे हैं. इस मामले में आम तौर पर कोई आयनों निकाले जाते हैं, और एक सही ढंग से लागू नहीं वोल्टेज की जगह खोजने के लिए है। इसके अलावा, अशुद्धियां हीलियम बफर गैस में मौजूद हैं। इस मामले में त्रिवेशित थोरियम आयनों के लिए निष्कर्षण दक्षता काफी कम हो जाएगी और अणु गठन होता है। सबसे खराब स्थिति में, यहां तक कि स्पार्क्स दिखाई देगा जब कीप वोल्टेज लागू किया जाता है. अपर्याप्त गैस शुद्धता के लिए कारण आम तौर पर गैस की आपूर्ति लाइन में एक रिसाव या बफर गैस रोक सेल के एक ठीक से बंद निकला हुआ किनारा नहीं है.
ऊर्जावान रूप से कम रहने वाले 229mTh isomer युक्त आयनों की एक साफ बीम उत्पन्न करने के लिए वर्णित विधि सभी तुलनीय मामलों जहां ब्याज के आयन काफी मात्रा में बफर गैस वातावरण से निकाला जा सकता है के लिए लागू किया जा सकता है. गैस सेल और बफर गैस की सफाई अनिवार्य है, इस प्रकार शेष गैस अशुद्धियों की मात्रा विधि की संवेदनशीलता के लिए एक सीमा है। जबकि कार्यरत microchannel प्लेट डिटेक्टर (MCP) इलेक्ट्रॉनों का पता लगाने पर आधारित है, के रूप में कम ऊर्जा रूपांतरण इलेक्ट्रॉनों के पंजीकरण के लिए यहाँ शोषण, इस मामले में पहले से ही MCPs38के लिए दक्षता वक्र के कम ऊर्जा सीमा पर निहित है , जबकि उच्च ऊर्जा के लिए विधि काफी पता लगाने दक्षता में लाभ होगा.
अब तक, वर्णित विधि ने थोरियम आइसोमर के विसर्जन की केवल रिपोर्ट की गई प्रत्यक्ष और स्पष्ट पहचान प्रदान की है। वैकल्पिक रूप से, वैक्यूम अल्ट्रा-वायलेट (VUV) पारदर्शी क्रिस्टल (बड़े bandgaps के साथ, isomer के ग्रहण उत्तेजना ऊर्जा से अधिक) 229वें के साथ doped हैं. लक्ष्य के लिए उच्च (4+) क्रिस्टल जाली पदों के आवेश राज्य में 229Th आयनों जगह है, बड़े बैंड अंतराल से de-उत्तेजना को बाधित और सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों से एक्स किरणों का उपयोग कर Isomer की उत्तेजना पर लक्ष्य है. इस दृष्टिकोण की सुरुचिपूर्ण अवधारणा के बावजूद, अब तक दुनिया भर में कई समूहों द्वारा रिपोर्ट किए गए प्रयोगों की एक श्रृंखला में कोई VUV फ्लोरोसेंट नहीं देखा जा सकता है39,40,41,42,43 . एक ही प्रयोगों के एक वर्ग है कि 229Th के इलेक्ट्रॉन खोल के माध्यम से समावयव के परमाणु उत्तेजना का एहसास करना है के लिए रखती है, एक तथाकथित इलेक्ट्रॉन पुल संक्रमण का उपयोग कर. यहां इलेक्ट्रॉन कोश संक्रमण तथा नाभिकीय समीपीय समपरकेत समपराकार जनसंख्या44,45के बीच गुंजयमान युग्मन की अनुमति होनी चाहिए . अन्य प्रयोग जो आइसोमरिक गुणों की जांच के लिए लक्ष्य रखते हैं, माइक्रोकेलोमिट्री46 या परमाणु कवच47में हाइपरफाइन-शिफ्ट के प्रेक्षण पर आधारित होते हैं। बहुत हाल ही में एक और विधि एक लेजर प्रेरित प्लाज्मा में isomer उत्तेजित करने के लिए48 की सूचना दी थी और समुदाय के भीतर वैज्ञानिक चर्चा के अधीन है.
थोरियम समकसीर11 के आंतरिक रूपांतरण क्षय चैनल की खोज और तटस्थ 229mTh (7(1) [s)12 के इसी आधे जीवन के निर्धारण का उपयोग भविष्य में एक पहले सभी-ऑप्टिकल को साकार करने के लिए किया जा सकता है पहले से ही मौजूदा प्रौद्योगिकी के आधार पर एक स्पंदित, टूनाबल VUV लेजर के साथ उत्तेजना. इस प्रकार वर्तमान प्रतिमान है कि यह उत्तेजना ऊर्जा और एक इसी अनुकूलित लेजर विकास के बेहतर ज्ञान की आवश्यकता होगी दरकिनार किया जा सकता है. इसके विपरीत, आंतरिक रूपांतरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के ज्ञान का शोषण, लेजर पल्स के साथ रूपांतरण इलेक्ट्रॉनों का पता लगाने gating एक उच्च संकेत करने के लिए पृष्ठभूमि अनुपात प्रदान करेगा, जबकि कम से कम 3 में उत्तेजना ऊर्जा के 1 eV के एक स्कैन के लिए अनुमति देता है दिन49| इसके अलावा, isomer की उत्तेजना ऊर्जा का एक दृढ़ संकल्प, अभी भी प्रगति में काम किया जा रहा है, एक चुंबकीय बॉटल इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोमीटर में एक चुंबकीय बोतल इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोमीटर में भेजकर 229mTh बीम पैदा करने की वर्णित विधि पर आधारित किया जा सकता है retarding के साथ क्षेत्र इलेक्ट्रोड ग्रिड50| एक ही तकनीक भी विभिन्न रासायनिक वातावरण के लिए isomeric जीवनकाल निर्धारित करने की अनुमति देगा (उदाहरणके लिए, CaF2 या जमे हुए argon की तरह बड़े बैंड गैप सामग्री पर) या में 229Th+ के रूप में अच्छी तरह से मुक्त, तटस्थ परमाणु में.
3 + आवेश अवस्था के समस्थानिक रूप से शुद्ध थोरियम आयन बीम उत्पन्न करने की वर्णित विधि का उपयोग भविष्य के लेजर-स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों के लिए थोरियम आयनों को प्रदान करने के लिए एक उपकरण के रूप में किया जा सकता है। इस मामले में आयन बीम एक स्थिर और कुशल तरीके से एक पॉल जाल लोड करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. अब तक, एकमात्र वैकल्पिक तरीका एक ठोस लक्ष्य से लेजर ablation द्वारा 229Th3 + का उत्पादन करने के लिए है। यह, तथापि, उच्च लेजर तीव्रता और 229वें की एक बड़ी मात्रा की आवश्यकता है, जो एक महंगी रेडियोधर्मी सामग्री है और इस्तेमाल वैक्यूम घटकों के संदूषण की ओर जाता है. इस कारण से, यह परमाणु लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों के लिए आता है जब वर्णित विधि महत्वपूर्ण लाभ का हो सकता है. इस प्रकार का पहला अनुप्रयोग पहले हीप्रकाशितकिया जा चुका है ।
The authors have nothing to disclose.
यह काम यूरोपीय संघ के क्षितिज 2020 अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम द्वारा अनुदान समझौते संख्या 664732 “nuClock” के तहत, DFG अनुदान Th956/3-1 द्वारा, और Maier-Leibnitz-Laboratory के माध्यम से चिकित्सा भौतिकी के LMU विभाग द्वारा समर्थित किया गया था.
Uranium-233 Source | Institut für Radiochemie Universität Mainz | customized | 290 kBq U-233 deposited onto 90 mm diameter |
RF funnel | Secamus Laserschneidtechnik GmbH | customized | 50 ring electrodes, laser cut and electropolished |
Buffer-gas stopping cell | Workshop of LMU Munich | customized | Vacuuchamber DN200 CF for buffer-gas stopping cell |
Roughing pump | Leybold | Screwline SP 250 | Roughing pump for entire system |
Roughing pump control | Siemens | Micromaster 420 | Control unit for Screwline SP 250 |
Vacuum gauge Prepressure | Pfeiffer | TPR 265 | Pressure control for roughing pump |
Vacuum gauge cell 1 | Pfeiffer | CMR 261 | Pressure control for cell (high-pressure range) |
Vacuum gauge cell 2 | Pfeiffer | PBR 260 | Pressure control for cell (low-pressure range) |
Vacuum gauge RFQ | Pfeiffer | PKR 261 | Pressure control for RFQ pressure read-out |
Pressure gauge QMS | Pfeiffer | PKR 261 | Pressure control for QMS pressure read-out |
Pressure control unit | Pfeiffer | TPG 256 A | Control unit for all pressure gauges |
Control PC 1 | Fujitsu | unknown | Control computer for buffer-gas stopping cell |
Simatic with CPU | Siemens | S7-300 | Simatic for automation and control |
Simatic without CPU | Siemens | ET 200M | Simatic for automation and control |
Vacuum valves | SMC | XLH-40 | Vacuum valves for evacuation control |
UHV gate valve | VAT | 48240-CE74 | Gate valve for cell closing during operation |
Turbo-Molecular pump 1 | Pfeiffer | TMU 400M | Turbo pump for cell |
Control unit for TMP 1 | Pfeiffer | TCM 1601 | Control unit for TMP TMU 400M |
Turbo-Molecular pump 2 | Pfeiffer | HiMag 2400 | Trubo pump for RFQ |
Turbo-Molecular pump 3 | Edwards | STP 603 | Trubo pump for QMS |
Control unit for TMP 3 | Edwards | SCU-800 | Control unit for TMP Edwards STP 603 |
Bypass valve of gas tubing | Swagelok | SS-6BG-MM | Valve to bypass the mass-flow controller |
Heating sleeves | Isopad | customized | Heating sleeves for bake out of cell and RFQ |
Temperature sensors | Isopad | TAI/NM NiCrNi | Temperature sensors for bake-out system |
Heating control unit | Electronic workshop of LMU Munich | customized | Control unit for Isopad heating sleeves |
Catalytic gas purifier | SAES MonoTorr | PS4-MT3-R-2 | Gas purifier for ultra-pure helium supply |
He gas cylinder | Air Liquide | He 6.0, 50 liters | Helium of 99.9999 % purity |
Pressure reducer | Druva | FMD 502-16 | Pressure reducer for He gas cylinder |
Valve of gas supply | Swagelok | SS-6BG-MM | Valve to open or close the gas supply |
Mass flow control | AERA | FC-780CHT | Mass flow control valve for He supply |
control unit for mass flow valve | Electronic workshop of LMU Munich | customized | Control unit for AERA mass flow control |
Gas tubing | Dockweiler | Ultron | electropolished gas tubing for He supply |
Cryogenic trap | Isotherm | unknown | cryogenic trap for He purification (optional) |
DC voltage supply for source | Electronic workshop of LMU Munich | customized | DC offset voltage supply for U-233 source |
DC voltage supply for funnel | Heinzinger | LNG 350-6 | Power supply for DC gradient of funnel |
DC voltage supply for RFQ | Iseg | unknown | DC voltage supply for funnel offset, nozzle and RFQ |
Laval nozzle | Friatec AG | customized | Laval nozzle for He and ion extraction |
DC voltage supply for buncher | Heinzinger | LNG 350-6 | DC supply for bunching electrode |
Trigger module | Electronic workshop of LMU Munich | customized | Trigger module for bunched operation |
RF generator for funnel | Stanford Research Systems | SRS DS 345 | RF generator for funnel |
RF amplifier for funnel | Electronic Navigation Industries | ENI 240L-1301 | Rf amplifier for funnel |
RF phase divider for funnel | Electronic workshop of LMU Munich | customized | RF phase divider for funnel |
RF+DC mixer for funnel | Electronic workshop of LMU Munich | customized | Voltage divider and RF+DC mixer for funnel voltage |
Extraction RFQ | Workshop of LMU Munich | customized | Extraction RFQ for ion-beam formation or storage |
RF generator for RFQ | Stanford Research Systems | SRS DS 345 | RF generator for RFQ |
RF amplifier for RFQ | Electronic workshop of LMU Munich | customized | RF amplifier for RFQ |
RF amplifier for bunch electrode | Electronic workshop of LMU Munich | customized | RF amplifier for bunch electrode |
RF+DC mixer for RFQ | Electronic workshop of LMU Munich | customized | Mixes the RF and DC potentials for RFQ voltage |
RFQ exit electrode | Workshop of LMU Munich | customized | 2-mm diameter exit aperture for differential pumping |
4 Channel DC supply | Mesytec | MHV 4 | DC offset for aperture and triode |
QMS | Workshop of LMU Munich | customized | Quadrupole mass separator for m/q selection |
Brubaker DC offset module | Electronic workshop of LMU Munich | customized | DC offset supply for Brubaker lenses of QMS |
QMS DC offset module | Electronic workshop of LMU Munich | customized | DC offset supply for QMS |
USB-to-Analog converter | EA Elektro-Automatik | UTA12 | to generate signal for QMS HV shifter |
QMS HV shifter | Electronic workshop of LMU Munich | customized | to shift the voltage of the QMS DC module |
QMS DC module | Electronic workshop of LMU Munich | customized | Module to provide DC voltages for QMS |
RF generator for QMS | Tektronix | AFG 3022B | RF generator for QMS |
RF amplifier for QMS | Electronic workshop of LMU Munich | customized | RF amplifier for QMS |
Picoscope | Pico Technology | Picoscope 4227 | Oscilloscope for QMS RF control |
Control PC 2 | Fujitsu | Esprimo P900 | Control computer for QMS |
Triode extraction system | Workshop of LMU Munich | customized | Set of three ring electrodes to guide ions |
MCP detector | Beam-Imaging-Solutions | BOS-75-FO | MCP detector with phosphor sreen |
DC voltage supply for MCP | Keithley Instruments | HV Supply 246 | Voltage supply for MCP front side |
DC voltage supply for MCP | CMTE (NIM module) | HV 3160 | Voltage supply for MCP back side |
DC voltage supply for MCP | Fluke | HV Supply 410B | Voltage supply for phosphor sreen |
CCD camera | PointGrey | FL2-14S3M-C | CCD camera for image recording |
Control PC 3 | Fujitsu | Esprimo P910 | Control computer for CCD camera |
Light-tight housing | Workshop of LMU Munich | customized | Light tight wooden box for CCD camera |
Dewar for LN2 supply | Isotherm | unknown | Dewar to provide dry nitrogen for venting |
Evaporator for LN2 | Workshop of LMU Munich | customized | Evaporator to provide dry nitrogen |
Single anode MCP detector | Hamamatsu | F2223 | Single anode MCP for lilfetime measurement |
DC voltage supply for MCP | Fluke | HV supply 410B | Voltage supply for MCP anode |
Power supply for preamplifier | Delta Elektronika | E 030-1 | Power supply for preamplifier |
Preamplifier for MCP signals | Ortec | VT120A | Preamplifier for MCP signals |
Amplifier for MCP signals | Ortec (NIM module) | Ortec 571 | Amplifier for MCP signals |
CFD | Canberra | 1428A | Constant-fraction-discriminator for MCP signals |
Multichannel Scaler | Stanford Research | SR 430 | Multichannel scaler for signal read-out |
Control PC 4 | Fujitsu | Esprimo P920 | Control computer for scaler read-out |
Labview | National Instruments | various versions | Program used for measurement control |
Matlab | Mathworks Inc. | version 7.0 | Program used for data analysis |