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Engineering

229mTh के अध्ययन के लिए एक Isotopically शुद्ध 229Th आयन बीम की तैयारी

Published: May 3, 2019 doi: 10.3791/58516
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians-Universität München

Summary

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.

Abstract

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।

Introduction

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 2.1x10-1813, 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।

Figure 1
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.

Figure 2
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.

Protocol

नोट: प्रोटोकॉल में दिए गए नंबर के संदर्भ में होगा चित्र 2|

1. Th-229 Isomeric क्षय की प्रत्यक्ष जांच

  1. 233-यूरेनियम स्रोत के माउंटिंग
    1. गैस सेल (3) के अंदर कीप वलय इलेक्ट्रोड प्रणाली (2) के अपस्ट्रीम छोर तक गैस सेल वैक्यूम कक्ष में एक अभिगम फ्लेंज खोलने के माध्यम से 233-यूरेनियम र् स्रोत (1) को माउंट करें।
      नोट: 290 kBQ, 90 मिमी व्यास 233यू स्रोत एक टाइटेनियम sputtered Si वेफर36पर आणविक चढ़ाना के माध्यम से उत्पादन किया गया था. स्रोत के प्रतिक्षेप-दक्षता को इष्टतम प्राप्त करने के लिए, इसकी मोटाई 16 एनएम से अधिक नहीं होनी चाहिए, यूरेनियम में 84 केवी 229वें की रोक सीमा होने के नाते।
    2. स्रोत के एक डीसी ऑफ़सेट के लिए अनुमति देने के लिए स्रोत माउंट करने के लिए केबल से कनेक्ट करें। बंद करें और उपयोग निकला हुआ किनारा सील और 233यू स्रोत के लिए बाहरी तारों से कनेक्ट.
  2. वैक्यूम कक्ष की निकासी और बाहर सेंकना
    1. roughing वैक्यूम पंप शुरू करके पूरा वैक्यूम प्रणाली की निकासी शुरू (4) अगर बंद (एक कंप्यूटर आधारित यूजर इंटरफेस (5) के माध्यम से नियंत्रित) और तीन (हाथ से संचालित) वाल्व (6) है कि अंतर पम्पिंग के अलग-अलग भागों कनेक्ट खोलने roughing पंप के लिए चरणों.
      नोट: खुले गेट वाल्व के साथ गैस सेल के नीचे कक्षों से वाल्व खोलने शुरू (7) गैस सेल के टर्बो आणविक पंप की ओर एक दबाव ढाल है कि डाउनस्ट्रीम कक्षों से संभावित संदूषण को रोकता है बनाने के लिए में चूसा जा करने के लिए गैस-सेल चैम्बर जहां सबसे अधिक सफाई की मांग की जाती है।
    2. एक बार दबाव उप-mbar रेंज में एक स्तर तक पहुँच गए हैं (उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस के माध्यम से बाहर पढ़ें (5) गैस सेल के टर्बो पंप शुरू (8), निष्कर्षण रेडियो आवृत्ति चौगुना (RFQ) (9) और चौरूपोल जन विभाजक (QMS) (10).
    3. (वैकल्पिक) बाईपास वाल्व खोलें (11) भी गैस की आपूर्ति ट्यूबिंग के कुशल निकासी के लिए अनुमति देने के लिए.
    4. संतृप्ति दबाव तक पहुँचने तक कुछ (4-5) घंटे के लिए पम्पिंग जारी रखें, आम तौर पर कम 10-7 mbar की सीमा में.
    5. 130 डिग्री सेल्सियस की अधिकतम करने के लिए एक upramping (आमतौर पर 20 डिग्री सेल्सियस - 40 डिग्री सेल्सियस प्रति घंटे) हीटिंग वक्र के साथ यूजर इंटरफेस (5) के माध्यम से पाक प्रणाली (12) शुरू करें।
    6. 1-2 दिनों के लिए वैक्यूम सिस्टम को 1-2 दिनों के लिए पकाना तब तक रखें जब तक कि दबाव रीडिंग कम होना शुरू न हो जाए।
    7. उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (5) के माध्यम से पाक प्रणाली के शीतलन अनुक्रम शुरू एक downramping अनुक्रम के साथ, आम तौर पर 20 डिग्री सेल्सियस - 40 डिग्री सेल्सियस प्रति घंटे.
      नोट: सिस्टम के Cooldown आमतौर पर 8 घंटे की आवश्यकता है और रात भर किया जाता है. वैक्यूम प्रणाली की सफल तैयारी हासिल की है जब अंतिम सेल दबाव 5x10-10 mbar नीचे पर्वतमाला नीचे ठंडा करने के बाद. RFQ और QMS कक्ष में दबाव क्रमशः 10-9 mbar और 10-8 mbar रेंज में होगा.
    8. RFQ वैक्यूम कक्ष के लिए बाहरी तारों से कनेक्ट करें।
  3. गैस प्रणाली की तैयारी और अल्ट्रा-शुद्ध वह की आपूर्ति
    1. MonoTorr गैस purifier (13) शुरू करें और यह अपने ऑपरेटिंग तापमान तक पहुँच गया है जब तक 20 मिनट प्रतीक्षा करें।
    2. यदि खुला है तो बाईपास वाल्व (11) को बंद करें।
    3. हे-गैस सिलेंडर खोलें (14) (वह 99.99999 % शुद्धता के आपरेशन के लिए प्रयोग किया जाता है).
    4. के बारे में 0.5 बार का दबाव दिखाया गया है जब तक दबाव reducer वाल्व (15) खोलें.
    5. वाल्व है कि गैस टयूबिंग (16) के लिए दबाव reducer जोड़ता खोलें.
    6. गैस प्रवाह नियंत्रण (17) को तब तक खोएँ जब तक कि लगभग 1.1 (लगभग 5 mbar l/s के अनुसार) का गैस प्रवाह न हो जाए।
    7. ट्यूबिंग से अवशिष्ट गैसों को हटाने के लिए लगभग 10 मिनट के लिए गैस ट्यूबिंग को फ्लश करें।
    8. वाल्व है कि गैस टयूबिंग (16) के लिए दबाव reducer जोड़ता बंद करें.
    9. कुछ मिनट रुको जब तक वह गैस ट्यूबिंग से हटा दिया जाता है.
    10. (वैकल्पिक) बफर गैस की उच्चतम शुद्धता के लिए, क्रायो-ट्रैप (18) को तरल नाइट्रोजन से भरें।
    11. स्वचालित संचालन के लिए बफर गैस सेल और अपनी टर्बो आणविक पंप के बीच गेट वाल्व (7) सेट और उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (5) के माध्यम से वाल्व बंद करें।
    12. वाल्व है कि गैस टयूबिंग (16) के लिए दबाव reducer जोड़ता खोलें.
      नोट: बफर गैस रोक सेल अब वह गैस के ca. 30 mbar से भर जाता है. इस तरह RFQ और QMS दबाव क्रमशः 10-4 mbar और 10-5 mbar करने के लिए बढ़ा रहे हैं.
    13. निष्कर्षण-RFQ वैक्यूम चैम्बर (9) के टर्बो-आण्विक पंप की रोटरी गति को समायोजित करने के लिए 50% के बारे में 10-2 mbar के एक परिवेश दबाव सेट करने के लिए।
  4. निरंतर आयन निष्कर्षण के लिए बिजली मार्गदर्शक क्षेत्रों को लागू करें
    1. एक अनुकूलित डीसी वोल्टेज की आपूर्ति (19) के माध्यम से निरंतर मोड में 39 V के 233-यूरेनियम स्रोत (1) के लिए एक डीसी क्षमता लागू करें.
    2. एक डीसी बिजली की आपूर्ति (20) के माध्यम से 4 V/cm (35 V से 3 V तक) के डीसी संभावित ढाल लागू करें और एक 24 चैनल डीसी ऑफसेट आपूर्ति के माध्यम से 3 वी की वोल्टेज ऑफसेट (21) 50-फ़ोल्ड खंडित कीप अंगूठी-इलेक्ट्रोड प्रणाली के लिए। सभी voltages कंप्यूटर आधारित यूजर इंटरफेस (5) के साथ नियंत्रित कर रहे हैं.
    3. एक ही कंप्यूटर-आधारित उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (5) की मदद से निष्कर्षण नोजल इलेक्ट्रोड (22) के लिए आम तौर पर 2 V की एक डीसी क्षमता लागू करें।
    4. 12-फ़ोल्ड सेगमेंट्ड निष्कर्षण-RFQ (27) के लिए एक DC संभावित ग्रेडिएंट लागू करें।
      नोट: प्रत्येक खंड की वोल्टेज कंप्यूटर आधारित उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस की मदद से व्यक्तिगत रूप से लागू किया जा सकता (5) 24 चैनल डीसी ऑफसेट आपूर्ति (21) के माध्यम से. निष्कर्षण नोजल के निकटतम खंड पर 1ण्8 ट का वोल्टता लागू किया जाता है। बाद के खंडों के voltages तो stepwise द्वारा कम कर रहे हैं 0.2 ट, की एक वोल्टेज में जिसके परिणामस्वरूप 0 ट 10 वीं RFQ खंड के लिए लागू. यह 0ण्1 टधक की डीसी प्रवणता से मेल खाती है। निकाले गए आयनों के अभिप्रेत सतत परिवहन के मामले में 0 ट का वोल्टता 11 वीं और 12 वीं RFQ खंडों पर लागू किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए 12वें RFQ खंड के डीसी वोल्टेज की आपूर्ति (23) 0 वी पर छोड़ दिया है और अनुकूलित ट्रिगर मॉड्यूल (24) निरंतर परिचालन मोड के लिए सेट कर दिया जाता है.
    5. एक समारोह जनरेटर के माध्यम से कीप अंगूठी इलेक्ट्रोड प्रणाली के लिए आरएफ आवृत्ति और आयाम लागू करें (25) और रैखिक आरएफ एम्पलीफायर (26).
      नोट: आवृत्ति और आयाम के लिए विशिष्ट मान क्रमशः 850 kHz और 220 Vपीपी,हैं। voltages एक कंप्यूटर आधारित यूजर इंटरफेस के साथ नियंत्रित किया जा सकता (5). कीप-आरएफ वोल्टेज अनुप्रयोग के दौरान, कीप डीसी ऑफसेट आपूर्ति (21) की वर्तमान की निगरानी। स्पार्क्स के मामले में, जो हो सकता है अगर बफर गैस शुद्धता अपर्याप्त है, इस धारा को बढ़ाने के लिए शुरू कर देंगे.
    6. आरएफ आवृत्ति लागू करें (आमतौर पर 880 kHz) और आयाम (आमतौर पर 120-250 वीपीपी) निष्कर्षण रेडियो आवृत्ति चौपाया (27) (निष्कर्षण-RFQ) एक आवृत्ति जनरेटर के माध्यम से (28) और दो आरएफ एम्पलीफायरों (29, 30), RFQ के लिए एक और व्यक्ति के लिए एक गुच्छन इलेक्ट्रोड. वोल्टेज कंप्यूटर आधारित यूजर इंटरफेस (5) के साथ नियंत्रित किया जा सकता है.
    7. एक Mesytec MHV-4 डीसी वोल्टेज की आपूर्ति (32) के माध्यम से निष्कर्षण-RFQ के बाहर निकलने इलेक्ट्रोड (31) के लिए -1 V की एक डीसी क्षमता लागू करें.
    8. डीसी ऑफसेट voltages चौपायाोनोल द्रव्यमान विभाजक (33) (QMS) के लिए लागू करें। QMS की ऑफसेट वोल्टेज (केंद्र इलेक्ट्रोड और Brubaker लेंस) अनुकूलित डीसी ऑफसेट मॉड्यूल के माध्यम से -2 वी होने के लिए चुना जाता है (34,35).
    9. क्वॉर्टरुनोल जन विभाजक (33) QMS QMS QMS QMS QMS चालू करें QMS फ़ंक्शन जनरेटर (36), RF एम्पलीफायर (37) और QMS उपयोगकर्ता-इंटरफ़ेस (38) प्रारंभ कर रहा है। QMS उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस में चयनित आयन प्रजातियों का मास-ओवर-चार्ज अनुपात डाला जाता है (आमतौर पर 76 u/e या 114.5 u/e, Th3+ या Th2+की निकासी के लिए क्रमशः)। इसके अलावा QMS स्वीकृति (आमतौर पर 1 से 2 u/e) और आरएफ आवृत्ति (आमतौर पर 825 kHz) डाला जाता है.
      नोट: Labview कार्यक्रम स्वचालित रूप से लागू होते हैं और आरएफ आयाम और डीसी आयन चयन के लिए आवश्यक क्षमता को नियंत्रित करेगा. आवश्यक आरएफ आयाम 600 से 1500 वीपीपी और डीसी क्षमता 50 वी से 120 वी तक होती है। बड़े पैमाने पर जुदाई के लिए डीसी क्षमता एक अनुकूलित डीसी मॉड्यूल (39) द्वारा उत्पन्न होते हैं. एक प्रतिक्रिया-लूप आरएफ और डीसी वोल्टेज स्थिरीकरण के लिए लागू किया गया है।
    10. फोकसिंग ट्रायडिक इलेक्ट्रोड संरचना के लिए डीसी क्षमता लागू करें (40) QMS के पीछे (-2 V/- 62 V/-22 V) Mesytec 4 चैनल के माध्यम से (MHV-4) वोल्टेज आपूर्ति मॉड्यूल (32).
  5. आयन निष्कर्षण की जांच और QMS धुन
    1. एक उच्च वोल्टेज (HV)-मॉड्यूल (42) के माध्यम से डबल प्लेट (चेरॉन ज्यामिति) microchannel-प्लेट डिटेक्टर (41) (एमसीपी) के सामने प्लेट करने के लिए -1000 वी की एक आकर्षक सतह क्षमता लागू करें।
    2. एक HV-मॉड्यूल (43) के माध्यम से दूसरी MCP प्लेट के पीछे की ओर करने के लिए +900 V की क्षमता लागू करें।
    3. एक HV-मॉड्यूल (45) के माध्यम से MCP डिटेक्टर के पीछे रखा फॉस्फोर स्क्रीन (44) के लिए +5,000 वी की एक क्षमता लागू करें.
    4. सीसीडी कैमरा पर स्विच (46) फॉस्फोर स्क्रीन के पीछे और डेटा अधिग्रहण पीसी (47) पर इसी चित्रमय यूजर इंटरफेस में सीसीडी कैमरे के जोखिम मापदंडों विन्यस्त.
      नोट: सीसीडी कैमरा एक प्रकाश तंग आवास में रखा गया है (48) परिवेश प्रकाश से पता लगाने को कवर करने के लिए. यदि निष्कर्षण ठीक से चल रहा है और आयन क्यूएमएस से गुजर रहे हैं तो निकाले गए आयनों के आयनिक प्रभाव के कारण फॉस्फोर स्क्रीन पर एक मजबूत संकेत दिखाई देना चाहिए। इस संकेत अब सीसीडी कैमरे द्वारा नजर रखी है.
    5. संकेत आकार की जांच करने के लिए एक बड़े पैमाने पर स्कैन प्रदर्शन और तदनुसार वांछित आयन प्रजातियों को निकालने के लिए QMS धुन।
      नोट: यह QMS उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (38) की मदद से किए गए एक पुनरावर्ती प्रक्रिया है। एक वांछित जन-ओवर-चार्ज अनुपात का चयन करें (आमतौर पर 114.5 u/e के लिए 229Th2+) और QMS समाधान शक्ति (आमतौर पर 1 u/e), तो सीसीडी कैमरे के माध्यम से आयनिक प्रभाव संकेत की जांच. चयनित द्रव्यमान को 0.5 u/e चरणों में तब तक Shift करें जब तक कि कोई संकेत न देखा जाए। जैसे ही एक संकेत देखा जाता है, जांच अगर भी 233U2 + संकेत बड़े पैमाने पर अधिक प्रभारी अनुपात द्वारा 2 u/e उच्च जनता के लिए स्थानांतरण द्वारा प्रेक्षणीय है. यदि यह भी संकेत मनाया जाता है, तो जांच करें कि क्या संकेतों को अलग किया जा सकता है। यदि यह मामला नहीं है, QMS हल करने की शक्ति अनुकूलन जब तक 229Th2 + और 233U2 + संकेत स्पष्ट रूप से प्रतिष्ठित किया जा सकता है. फिर QMS सेट केवल 229Th2 + आयन प्रजातियों को निकालने के लिए.
  6. आसमिक क्षय का पता लगाना
    1. आयनित हीलियम और सेंसर द्वारा उत्पादित प्रकाश से पृष्ठभूमि को कम करने के क्रम में दबाव सेंसर नियंत्रण इकाई (50) के माध्यम से QMS दबाव सेंसर (49) बंद करें।
    2. Isomeric क्षय का पता लगाने के लिए Th2 + या Th3 + आयन प्रजातियों को निकालने के लिए QMS मापदंडों को समायोजित करें।
    3. जिपं संसूचक (41) से -25 ट तक की अग्र पट् ट की सतह स् थान को कम करें ताकि आयनों को आयनों के आयन प्रभाव से सीधे उत् पन् न करने वाले इलेक्ट्रॉनों से संकेत का पता लगाने से बचा जा सके। इस तरह एमसीपी की सतह पर 229 (m)Th आयनों की एक 'सॉफ्ट लैंडिंग' isomeric क्षय से पहले हासिल की है.
    4. (43) के माध्यम से इष्टतम इलेक्ट्रॉन प्रवर्धन के लिए दूसरी MCP प्लेट के लिए आम तौर पर +1,900 V की एक तेज क्षमता लागू करें.
    5. आम तौर पर की एक तेज क्षमता लागू करें +6,000 वी के माध्यम से MCP डिटेक्टर के पीछे रखा फॉस्फोर स्क्रीन करने के लिए (45).
      नोट: वास्तव में लागू voltages MCP प्रदर्शन पर निर्भर करेगा.
    6. सीसीडी छवियों के अधिग्रहण अनुक्रम शुरू और कैमरा उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (47) के माध्यम से डिस्क पर डेटा की दुकान.
    7. छवि मूल्यांकन और पोस्ट-प्रोसेसिंग के लिए Matlab प्रोग्राम का उपयोग करें।
      नोट: प्रोग्राम का वर्णन और वे कैसे उपयोग किए जाते हैं Ref.35 परिशिष्ट B.3 में पाया जा सकता है। छवि फ्रेम के कच्चे डेटा के रूप में के रूप में अच्छी तरह से मूल्यांकन के लिए इस्तेमाल किया कार्यक्रमों DOI 10.5281/zenodo.1037981 पर ऑनलाइन उपलब्ध कराया गया है.

2. 229m Th आधा जीवन का मापन (सेटअप की पुन: व्यवस्था)

  1. बंद करो और प्रणाली के venting.
    1. MCP का पता लगाने प्रणाली (42,43,45), QMS (37,38), फ़नल सिस्टम (25,26) और निष्कर्षण RFQ (28,29,30) के उच्च voltages बंद बिजली.
    2. (वैकल्पिक) सभी शेष डीसी voltages बंद बिजली.
    3. मैन्युअल रूप से वह आपूर्ति प्रणाली (वाल्व 14 और 16) को बंद करें और बफर गैस रोक सेल के दबाव 2 mbar से नीचे करने के लिए कम है जब तक प्रतीक्षा करें।
    4. गेट वाल्व खोलें जो टर्बो पंप को उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (5) के माध्यम से बफर गैस स्टॉपिंग सेल (7) से जोड़ता है और तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि वह पूरी तरह से सिस्टम से हटा न दे।
    5. गैस आपूर्ति लाइन के वाल्व (17) बंद करें और गैस शोधक (13) को बंद कर दें।
    6. गेट वाल्व सेट (7) मैनुअल आपरेशन करने के लिए यह बंद करने से बाधा जब प्रणाली सूखी नाइट्रोजन के साथ vented है.
    7. तीन वाल्व है कि roughing पंप (6) के साथ टर्बो पंप कनेक्ट और तीन टर्बो पंप (8,9,10) नीचे बिजली बंद करें.
    8. QMS दबाव सेंसर (49) पर स्विच करें.
    9. टर्बो पंपों के रोटेशन गति उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (5) पर नजर रखी के रूप में 100 हर्ट्ज से नीचे काफी कम है जब तक प्रतीक्षा करें।
    10. तरल नाइट्रोजन के साथ देवर (51) भरें और वेंटिंग वाल्व (52) को धीरे-धीरे खोलें। कई मिनट प्रतीक्षा करें जब तक प्रणाली पूरी तरह से सूखी नाइट्रोजन के साथ vented है.
      नोट: वैकल्पिक रूप से, एक गैस सिलेंडर से सूखी नाइट्रोजन इस्तेमाल किया जा सकता है. लेकिन इस मामले में, देखभाल के लिए लिया जाना है कि कोई overpressure हो जाएगा (उदाहरणके लिए, एक overpressure वाल्व या टूटना डिस्क डालने से). हवा का उपयोग भी एक विकल्प है, लेकिन नमी के कारण थोड़ा लंबे समय तक निकासी समय के लिए नेतृत्व करेंगे.
    11. venting वाल्व बंद करें (52).
  2. एक छोटे से एकल-एनोड MCP डिटेक्टर द्वारा फॉस्फोर स्क्रीन (41,44) के साथ MCP बदलें (53)
    1. डिस्कनेक्ट करें और प्रकाश तंग आवास (48) के साथ सीसीडी कैमरा (46) को हटा दें।
    2. फॉस्फोर स्क्रीन (41,44) के साथ MCP डिटेक्टर डिस्कनेक्ट करें।
    3. वैक्यूम निकला हुआ किनारा खोलें जो MCP और फॉस्फोरस्क्रीन को वैक्यूम कक्ष से जोड़ता है।
    4. Triode निष्कर्षण प्रणाली (40) के बाहर निकलने के पीछे कुछ मिमी दूरी के साथ एकल-एनोड MCP (53) प्लेस और तीन तारों कि सामने प्लेट (42), वापस प्लेट (43) और MCP के एनोड कनेक्ट (54) बिजली feedthroughs के साथ.
    5. वैक्यूम कक्ष बंद करें, प्रणाली अब निकासी के लिए तैयार है और बाहर सेंकना.
    6. HV मॉड्यूल और पठन-आउट सिस्टम के लिए एकल एनोड MCP के बाहरी तारों प्रदान करें।
  3. प्रणाली की निकासी और बाहर सेंकना
    1. 1.2.1 से 1.2.3 चरणों का पालन करके वैक्यूम सिस्टम खाली करें।
    2. चरण 1.2.4 से 1.2.8 के बेक-आउट प्रक्रिया का पालन करें।
  4. गैस-टबिंग की तैयारी और अल्ट्रा-शुद्ध वह की आपूर्ति
    1. 1.3.1 से 1.3.12 तक के चरणों का पालन करें.
      नोट: गुच्छित मोड आपरेशन के लिए हम आम तौर पर 100% रोटेशन गति पर RFQ टर्बो पंप संचालित, 10-4 mbar रेंज में एक दबाव में जिसके परिणामस्वरूप.
  5. आयन गुच्छन के लिए विद्युत मार्गदर्शन फ़ील्ड लागू करें
    1. अनुकूलित डीसी वोल्टेज आपूर्ति (19) के माध्यम से 233-यूरेनियम स्रोत (1) के लिए 69 ट की डीसी क्षमता लागू करें।
    2. डीसी विद्युत आपूर्ति (20) के माध्यम से 4 ट/सेमी (65 ट से 33 ट तक) की डीसी संभावित प्रवणता को लागू करें और 24 चैनल डीसी ऑफसेट आपूर्ति (21) के माध्यम से 50-फोल्ड कीप रिंग-इलेक्ट्रोड सिस्टम के माध्यम से 33 ट की वोल्टेज ऑफसेट करें। सभी voltages कंप्यूटर आधारित यूजर इंटरफेस (5) के साथ नियंत्रित कर रहे हैं.
    3. एक ही कंप्यूटर-आधारित उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (5) की मदद से निष्कर्षण नोजल इलेक्ट्रोड (22) के लिए 32 V की एक डीसी क्षमता लागू करें।
    4. 12-फ़ोल्ड सेगमेंट्ड निष्कर्षण-RFQ करने के लिए एक DC संभावित ग्रेडिएंट लागू करें।
      नोट: प्रत्येक खंड की वोल्टेज कंप्यूटर आधारित उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस की मदद से व्यक्तिगत रूप से लागू किया जा सकता (5) 24 चैनल डीसी ऑफसेट आपूर्ति (21) के माध्यम से. निष्कर्षण नोजल के निकटतम खंड पर 31ण्8 ट का वोल्टता लागू किया जाता है। बाद के खंडों के voltages तो stepwise द्वारा कम कर रहे हैं 0.2 ट, 30 V की एक वोल्टेज में जिसके परिणामस्वरूप 10 RFQ खंड के लिए लागू. यह 0ण्1 टधक की डीसी प्रवणता से मेल खाती है। गुच्छित किरण के निर्माण के मामले में आयनों को 11वीं इलेक्ट्रोड में भंडारित और ठंडा किया जाता है। इसलिए, 11 वीं इलेक्ट्रोड 25 V करने के लिए सेट किया गया है और पिछले RFQ खंड डीसी वोल्टेज की आपूर्ति के माध्यम से 44 V करने के लिए उठाया है (23) एक microsecond के भीतर 0 के लिए अंतिम इलेक्ट्रोड खंड को कम करके आयन गुच्छा जारी करने से पहले स्थानीय संभावित बाल्टी में आयनों जमा करने के लिए , एक अनुकूलित ट्रिगर मॉड्यूल (24) द्वारा ट्रिगर.
    5. गुच्छा मोड के लिए ट्रिगर मॉड्यूल (24) सेट करें. ट्रिगर मॉड्यूल ट्रिगर दर और समय का एक समायोजन की अनुमति देता है. आमतौर पर, 10 हर्ट्ज ट्रिगर दर के रूप में चुना जाता है।
    6. सिस्टम के लिए शेष voltages लागू करें, चरणों का पालन 1.4.5 करने के लिए 1.4.10.
  6. आयन निष्कर्षण की जांच और QMS धुन
    1. आयनित हीलियम और सेंसर द्वारा उत्पादित प्रकाश से पृष्ठभूमि को कम करने के क्रम में दबाव सेंसर नियंत्रण इकाई (50) के माध्यम से QMS दबाव सेंसर (49) बंद करें।
    2. एक एचवी-मॉड्यूल (42) के माध्यम से एकल एनोड MCP (52) के सामने प्लेट के लिए -2,000 V की एक आकर्षक सतह क्षमता लागू करें।
    3. MCP के पीछे की ओर -100 V की क्षमता लागू करें। MCP एनोड जमीन पर सेट किया गया है।
    4. MCP preamplifier (56) के लिए 12 वी बिजली की आपूर्ति मॉड्यूल (55) पर स्विच करें.
      नोट: MCP डिटेक्टर पर imping एकल आयनों अब preamplifier के संयोजन की मदद से गिना जाता है (56), एक एम्पलीफायर (57) और एक निरंतर अंश भेदभाव (CFD) (58). CFD संकेत QMS नियंत्रण के लिए इस्तेमाल किया पीसी के एक डेटा अधिग्रहण (DAQ) कार्ड के लिए भेज रहा है और QMS यूजर इंटरफेस (38) के माध्यम से नजर रखी जा सकती है।
    5. संकेत आकार की जांच करने के लिए एक बड़े पैमाने पर स्कैन प्रदर्शन और तदनुसार वांछित आयन प्रजातियों को निकालने के लिए QMS धुन।
      नोट: यह QMS उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (38) की मदद से किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, एक प्रारंभिक और अंतिम द्रव्यमान-ओवर-चार्ज अनुपात निर्धारित किया गया है (उदाहरण केलिए, 110 u/e से 120 u/e 229Th2+ द्रव्यमान-सीमा के लिए), साथ ही समाधान शक्ति (उदाहरण केलिए, 1 u/e) और एकीकरण समय (5 s) प्रति स्कैन चरण और द्रव्यमान स्कैन बटन दबाकर स्कैन शुरू किया जाता है। यदि निष्कर्षण ठीक से चल रहा है और आयन क्यूएमएस से गुजर रहे हैं, तो थोरियम और यूरेनियम के मजबूत संकेत निकाले गए आयनों के आयनिक प्रभाव के कारण दिखाई देंगे।
  7. लाइफटाइम माप
    1. Isomeric क्षय का पता लगाने के लिए Th2 + या Th3 + आयन प्रजातियों को निकालने के लिए QMS मापदंडों को समायोजित करें।
    2. आयनिक प्रभाव संकेत को कम करने के क्रम में MCP डिटेक्टर (52) के सामने प्लेट की सतह क्षमता को कम करने के लिए -25 V के माध्यम से (42)।
    3. (43) के माध्यम से इष्टतम इलेक्ट्रॉन प्रवर्धन के लिए दूसरी MCP प्लेट के लिए आम तौर पर +1,900 V की एक तेज क्षमता लागू करें.
    4. (53) के माध्यम से MCP एनोड के लिए आम तौर पर +2,100 V की एक accelerating क्षमता लागू करें।
    5. एक microchannel स्केलर (59) के माध्यम से डेटा प्राप्ति प्रारंभ करें।
      नोट: preamplifier (56) और microchannel स्केलर (59) समय के लिए अनुमति देते हैं हल पढ़ने के बाहर MCP डिटेक्टर के. आयन गुच्छों और microchannel स्केलर दोनों ट्रिगर मॉड्यूल (24) द्वारा ट्रिगर कर रहे हैं. स्केलर संकेत एक Labview यूजर इंटरफेस (60) के माध्यम से प्राप्त की है. के बारे में 10 microseconds जीवन भर की एक घातीय क्षय पूंछ आयन गुच्छों के बाद दिखाई देता है, थोरियम isomeric क्षय के लिए इसी.

Representative Results

कमरे के तापमान पर ca. 30 mbar अल्ट्रा शुद्ध हीलियम गैस पर संचालित एक बफर गैस रोक सेल के अंदर रखा एक 233यू स्रोत से $ क्षय उत्पादों की निकासी के लिए अनुमति के लिए पहले वर्णित विधि। पहली बार तिली चार्ज किए गए आयनों को उच्च दक्षतावालेइस उपकरण से निकाला जा सकता है . चित्र 3क बफर गैस सेल से निकाले गए आयनों के द्रव्यमान स्पेक्ट्रम को प्रदर्शित करता है, जिसमें 233यू जेड-डेश उत्पादों (प्लस साथ संदूषक अभिवर्तन) के तीन समूहों को एकसाथ, दुबली और त्रिफला आवेशित आयनिक अवस्थाओं में दिखाया गया है। ध्यान देने योग्य बात यह है कि 233उ3+की तुलना में 229थ्3+ निष्कर्षण का प्रभुत्व है, जबकि दोनों प्रजातियों को दोगुने चार्ज किए जाने पर समान तीव्रता के साथ निकाला जाता है। इस तथ्य को 233यू आयनों के साथ तुलनात्मक माप के लिए इस्तेमाल किया गया था, जो संकेत मूल के रूप में किसी भी आयनिक प्रभाव के बहिष्कार की अनुमति दी.

Figure 3
चित्र 3 : 229-थोरियम आइसोमर के प्रत्यक्ष क्षय की पहचान। क) 233यू स्रोत 129के साथ प्रदर्शन पूरा द्रव्यमान स्कैन. इकाइयों को परमाणु द्रव्यमान (उ) के रूप में विद्युत आवेश (ई) पर दिया जाता है। ख) 2 + और 3 + प्रभारी राज्यों में थोरियम और यूरेनियम के संचय के दौरान प्राप्त MCP संकेतों की तुलना (के रूप में बड़े पैमाने पर स्कैन करने के लिए जोड़ने तीर द्वारा संकेत दिया). 233 आप और 234यू स्रोतों का उपयोग किया गया (स्रोत संख्या प्रत्येक पंक्ति के दाईं ओर दिया गया है). प्रत्येक छवि 2,000 s एकीकरण समय (20 मिमी व्यास छिद्र डैश्ड सर्कल द्वारा संकेत दिया) के एक व्यक्ति माप से मेल खाती है। आयनों के नरम लैंडिंग की गारंटी के लिए -25 वी एम सी पी सतह वोल्टेज पर माप प्रदर्शन किए गए। ग) स्रोत 1 के साथ 229थ् 3+ निष्कर्षण के दौरान प्राप्त 229थ् इसोमरिक क्षय का सिग्नल। के बारे में एक संकेत क्षेत्र व्यास 2 मिमी (FWHM) हासिल की है. प्राप् त अधिकतम संकेत तीव्रता 0.08 अनुम2) लगभग 0ण्01 अनुगाद की पृष्ठभूमि दर पर 0ण्08 अनु10 है । स्प्रिंगर अनुसंधान 11की तरह की अनुमति के साथ | कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

परिवहन, ठंडा और बड़े पैमाने पर जुदाई के बाद, आयन बीम एक microchannel प्लेट डिटेक्टर की सतह पर impinges, जहां एक कम आकर्षक सतह क्षमता आयनिक प्रभाव संकेतों के दमन सुनिश्चित करता है और केवल आंतरिक से उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों पत्ते डिटेक्टर प्लेट चैनलों के मजबूत विद्युत क्षेत्र में गुणा करने के लिए 229mTh isomer के रूपांतरण (आईसी) क्षय चैनल. परिणामी एमसीपी संकेतों को तीन अलग - अलग यूरेनियम स्रोतों के लिए प्राप्त किया गया है चित्र 3खमें प्रदर्शित किया गया है . दो बार या त्रिफला आवेशित आयनों की आयन प्रजाति, जिसे प्रत्येक व्यक्ति माप में चतुर्ध्रुव द्रव्यमान विभाजक की सहायता से चुना गया था, ऊपरी फलक से तीरों द्वारा दर्शाया जाता है। दिखाया गया तस्वीरें फास्फोर स्क्रीन के पीछे सीसीडी कैमरे के साथ अधिग्रहीत कर रहे हैं, जिस पर MCP से इलेक्ट्रॉनों त्वरित थे. सीसीडी कैमरे के दृश्य के क्षेत्र triplely के लिए डैश्ड हलकों द्वारा संकेत दिया है (पहले दो कॉलम) और doubly चार्ज (अंतिम दो कॉलम) 229वें और 233यू आयनों, क्रमशः. ऊपरी पंक्ति एक छोटे क्षेत्र 233यू स्रोत के लिए प्राप्त परिणाम का प्रतिनिधित्व करता है (ca. 1000 निकाले 229Th3 आयनों प्रति सेकंड, स्रोत 1), जबकि नीचे पंक्ति ca. 10,000 निकाले 229Th 3 + के साथ एक मजबूत स्रोत के लिए एक ही पता चलता है आयनप्रति सेकंड (स्रोत 3)। यह स्पष्ट है कि दोनों ही मामलों में 229थ् के लिए एक स्पष्ट संकेत प्राप्त किया जाता है, जबकि 233उ 11 के लिए इलेक्ट्रॉन संकेत का कोई संकेत नहीं देखा जाता है। यह संकेत वास्तव में एक परमाणु विक्षिप्यल से उत्पन्न होता है और एक परमाणु खोल प्रक्रिया से नहीं साबित करने के लिए, मध्य पंक्ति एक 234यू स्रोत का उपयोग करते समय परिणामी कैमरा छवि से पता चलता है, जहां ] क्षय पड़ोसी आइसोटोप 230 आबाद वें, एक तुलनीय इलेक्ट्रॉनिक के साथ, अभी तक अलग परमाणु संरचना. 230थ् के लिए आशा के रूप में, अध्ययन किए गए किसी भी मामले में रूपांतरण इलेक्ट्रॉन संकेत का कोई संकेत नहीं पाया जाता है। तो मजबूत संकेत, उत्कृष्ट संकेत से पृष्ठभूमि अनुपात के साथ चित्रा 3c में प्रदर्शित, स्पष्ट रूप से 229mTh के क्षय के साथ सहसंबद्ध है.

इस व्याख्या का समर्थन करने के लिए अतिरिक्त सत्यापन माप चित्र 4में दिखाए गए हैं. वे आगे सबूत है कि पंजीकृत इलेक्ट्रॉन संकेतों वास्तव में परमाणु isomer के क्षय से उत्पन्न देने के लिए दो माप दिखाने के लिए: चित्र 4a में यह दिखाया गया है कि MCP डिटेक्टर के आकर्षक सतह क्षमता -100 V से अलग किया गया था ( आयनिक प्रभाव से इलेक्ट्रॉनों की घटना के पक्ष में 0 ट तक, निकाले गए 229थ्2 + (लाल) और 233उ2 आयनों (नीले) के लिए MCP के साथ पंजीकृत गणना दरों की तुलना करते हुए। स्पष्ट रूप से गिनती दर 233U2 + के लिए शून्य करने के लिए नीचे चला जाता है जब ca. -40 V नीचे एक सतह वोल्टेज के साथ आने वाली आयनों की एक 'सॉफ्ट लैंडिंग' साकार, जबकि एक काफी गिनती दर 229Th 2 के लिए रहता है 229 Th2 + 0 ट की दहलीज तक. चित्र 4खमें, नीले वक्र से पता चलता है कि निकाले गए आयनों के लिए पंजीकृत इलेक्ट्रॉन गणना दर -2000 ट 2 2+ तथा 229थ् 2+ आयनों के साथ एमसीपी डिटेक्टर सतह की ओर प्रबल त्वरण के बाद पंजीकृत इलेक्ट्रॉन गणना दर दर्शाती है। लगभग समान तीव्रता के साथ देखा जाता है, जैसा कि चित्र 3कके निकाले गए द्रव्यमान स्पेक्ट्रम में द्वि-आवेशित आयनों के लिए पहले से ही दर्शाया गया है। लाल वक्र एक ही परिदृश्य से पता चलता है, लेकिन अब -25 वी MCP सतह क्षमता के साथ आने वाली आयनों की एक 'सॉफ्ट लैंडिंग' के लिए. 233उ2+ के आयनिक प्रभाव संकेत का कोई संकेत अधिक दिखाई नहीं देता है, जबकि 229थ्2+ के लिए एक संकेत रहता है, जो आइसोमरिक आंतरिक रूपांतरण क्षय11से उत्पन्न होता है।

Figure 4
चित्र 4 : Isomer क्षय सत्यापन माप. क) 229ठ2 + संकेत (लाल) MCP सतह वोल्टेज के एक समारोह के रूप में 233U2 + (नीला) की तुलना में. त्रुटियाँ छायांकित बैंड द्वारा इंगित कर रहे हैं. ख) -25 ट (आइसोमर क्षय, लाल) और -2,000 ट (आयन प्रभाव, नीले) के एमसीपी सतह voltages के लिए QMS के पीछे बड़े पैमाने पर चार्ज अनुपात के एक समारोह के रूप में निकाले गए आयनों के संकेत। विभिन्न एकीकरण समय और अक्ष स्केल नोट करें। 114.5 u/e पर संकेत के अलावा (229Th2 +के अनुरूप), 117.5 u/e पर एक और संकेत होता है, जो 235यू के isomeric क्षय से उत्पन्न होता है. स्प्रिंगर अनुसंधान11की तरह की अनुमति के साथ | कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

इस प्रकार, यह स्पष्ट रूप से सिद्ध किया जा सकता है (एक साथ Ref. 11में दिए गए अतिरिक्त तर्क के साथ ) कि चित्र 4 में मनाया संकेत 229mTh के isomeric क्षय से उत्पन्न होता है और की पहली प्रत्यक्ष पहचान का प्रतिनिधित्व करता है इस मायावी समीरूपका का वर्णन।

बाद में खंडित निष्कर्षण-RFQ एक गुच्छित आयन बीम बनाने के लिए एक रैखिक पॉल जाल के रूप में संचालित किया गया था, इस प्रकार थोरियम समावयव के जीवन भर माप के लिए अनुमति देता है। चूंकि हमारे कमरे का तापमान उच्च वैक्यूम पर्याप्त रूप से लंबे समय तक भंडारण समय के लिए 104 सेकंड तक की अपेक्षित विकिरणी जीवनकाल की जांच करने की अनुमति नहीं देता है, केवल टी1 डिग्री 2 की एक कम सीमा और 1 मिनट चार्ज 229mTh के लिए प्राप्त किया जा सकता है आयनों, रैखिक पॉल जाल11में अधिकतम प्राप्त आयन भंडारण समय द्वारा सीमित . हालांकि, एक MCP डिटेक्टर की सतह पर थोरियम आयनों के तटस्थीकरण के बाद समावयव क्षय की पहचान के लिए पहले लागू के रूप में एक ही पता लगाने की रणनीति का उपयोग कर, तटस्थ 229mTh परमाणुओं के लिए उम्मीद बहुत कम जीवनकाल के दौर से गुजर आंतरिक रूपांतरण क्षय जीवन भर की जानकारी12तक पहुँच प्रदान करता है. चित्र ााााः ा्;ा-क, क्षय समय स्पेक्ट्रम की अपेक्षित आकृति को एक आयन गुच्छ के लिए 10 डिग्री की स्पंद चौड़ाई के साथ अनुकरणित के रूप में दिखाया गया है। जबकि लाल वक्र आयनिक प्रभाव संकेत और संकेत के साथ एक घातीय क्षय से इंगित करता है 7 $s आधा जीवन एक लंबे क्षय पूंछ के साथ ग्रे वक्र द्वारा प्रतिनिधित्व किया है, थोरियम समावयव के क्षय से अपेक्षित संकेत, दोनों आयनिक प्रभाव और ई के शामिल xponential आसमीय क्षय, नीले वक्र द्वारा सचित्र है. चित्र 5b क्रमशः 233उ3+ (लाल) और 229थ्3+ (नीला) के लिए संगत माप के परिणाम को प्रदर्शित करता है। जबकि यूरेनियम आयनों केवल अपने आयनिक प्रभाव संकेत प्रदर्शन, 229-थोरियम के लिए स्पष्ट रूप से isomer क्षय की उम्मीद क्षय पूंछ12मनाया जा सकता है.

Figure 5
चित्र 5 : नकली और मापा लौकिक आयन प्रभाव और क्षय विशेषताओं. क) 229Th bunches के isomer क्षय समय विशेषताओं का अनुकरण. अनुकरण एक मापा गुच्छा आकार पर आधारित है और इस धारणा है कि 229Th आयनों के 2 % तटस्थीकरण के बाद 7 डिग्री के आधे जीवन के साथ isomeric राज्य में हैं. इलेक्ट्रॉन का पता लगाने दक्षता आयन का पता लगाने दक्षता से 25 गुना बड़ा माना जाता है. ख) एक गुच्छित 229 (म)थ 3आयन बीम (नीला) के साथ समीपीय क्षय का मापन। 233U3+ के साथ एक तुलनात्मक माप लाल रंग में दिखाया गया है। अमेरिकन फिजिकल सोसायटी की तरह की अनुमति के साथ12| कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

क्षय पुच्छ को किसी घातीय (चित्र 6में लघुगणकीय निरूपण के अनुरूप) के साथ अनुरेखित करने से अंत में 7(1) के 12 के तटस्थ 229 मीटरथ् समंदर का अर्ध-जीवन होता है। यह मान सैद्धांतिक रूप से अपेक्षित जीवनकाल में कमी से सहमत है , का. 104 सेकंड के मामले में आवेशित समीपर के मामले में $10 937के बड़े रूपांतरण गुणांक के कारण परिमाण के नौ आदेशों से सहमत हैं . 

Figure 6
चित्र 6 : 229m करने के लिए फ़िट थ क्षय वक्र. 229(m)थ2+ आयनों (क) और 229(म) थ3+ आयनों (ख) के लिए अस्थायी क्षय विशेषताओं का लघुगणक आलेख एक फिट वक्र के साथ-साथ 229 मीटरथ के समीप-जीवन को पुनः संयोजन के बाद निकालने के लिए लगाया गया है। MCP डिटेक्टर सतह. अमेरिकन फिजिकल सोसायटी की तरह की अनुमति के साथ12| कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

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 ।

Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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<sup>229m</sup>Th के अध्ययन के लिए एक Isotopically शुद्ध <sup>229</sup>Th आयन बीम की तैयारी
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Wense, L. v. d., Seiferle, B.,… More

Wense, L. v. d., Seiferle, B., Amersdorffer, I., Thirolf, P. G. Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh. J. Vis. Exp. (147), e58516, doi:10.3791/58516 (2019).

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