Engineering
This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Beredning av en Isotopiskt ren 229th jonstråle för studier av 229mth
Chapters
Summary May 3rd, 2019
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Vi presenterar ett protokoll för generering av en isotopiskt renad låg energi 229th jonstråle från en 233U källa. Denna jonstråle används för direkt detektering av 229mth mark-State förfall via den inre-omvandling förfall kanal. Vi mäter även den interna omvandlings livstiden på 229mth.
Transcript
Denna metod beskriver produktionen av en isotopiskt ren Torium-229 jonstråle efter alfa sönderfallet av Uran-233. Den största fördelen med denna teknik är att det tillåter oss att studera Torium-229 joner i en lågenergi kärnkraft-upphetsad tillstånd som är relevant för kärnklubb utveckling. Demonstrera förfarandet kommer att Ines Amersdorffer, en student från vårt laboratorium.
En Uran-233 källa är monterad i denna uppsättning upp för att skapa en isotopiskt ren Torium-229 jonstråle. Vakuumkammaren har evakuerats och bakats ut för att förbereda sig för experimentet. Uppställda är bakom elektroniken som används för att övervaka och styra systemet.
Forskarna interagerar med elektroniken främst genom datorer som också samlar in och visar data. Denna cutaway schematiska skildrar delar av apparaten. Tänk på stegen från att generera Torium-229 isomerer och buffertgas stoppa cellen för att upptäcka dem med en CCD-kamera.
En 290 kilo Becquerel, stora området Uran-233 källa producerar alfa sönderfall Torium-229 kärnor inklusive 2%av första-upphetsad state isomers. Snabba toriumkärnor fly källan och är termiserade i en ultra-ren helium atmosfär buffrad-gas stoppa cell. Nästa de möter en elektrisk tratt system.
Dess radiofrekvens och rikta ström elektriska fält vägleda dem mot en utsugning munstycke. Den överljudsljud gasstråle från munstycket tar atomkärnor i ett vakuum kammare med en radiofrekvens quadrupole struktur. Strukturen fungerar som en jonguide, ansikte utrymme kylare och potentiellt en stolpe fälla.
Nästa vakuumkammare har en quadrupole massavskiljare för att isolera isotopiskt ren Torium-229 i valbara laddningsstater. Ett triodic-elektrodsystem med treringselektroder fokuserar jonerna på detektorn. Interaktion med en mikrokanalplatta detektor, orsakar meta stabila joner att sönderfalla och släppa elektroner som multipliceras och upptäcks på en fosfor skärm med CCD-kameran.
Detta är ett tvärsnittsschema av vakuumkammaren och tillhörande utrustning. Börja experimentet genom att starta den katalytiska gasrenaren och vänta 20 minuter för att den ska nå sin driftstemperatur. Därefter se till att bypassventilen är stängd innan heliumgasflaskan öppnas.
Öppna tryckredareventilen tills ett tryck på ca 0,5 bar mäts. Öppna sedan ventilen från tryckredare till gasslangen. Öppna gasflödesregleringen genom att ställa in ett celltryck på 32 millibar.
Spola gasslangen i ca 10 minuter. Stäng sedan ventilen som förbinder tryckredaren till gasslangen och vänta några minuter när heliumet tas bort. För högre renhet-buffert gas fylla cryotrap med flytande kväve.
Ställ in grindventilen mellan buffertgascellen och dess turbomolekylpump på fjärrdrift, stäng sedan grindventilen på distans. Öppna ventilen som förbinder tryckredaren till gasslangen. Vid denna punkt buffert-gas stoppcellen är fylld med cirka 30 millibar heliumgas.
Radiofrekvensen quadrupole kammare trycket är ungefär 10 till minus fyra millibar. Quadrupolemasseparatorkammarens tryck är ca 10 till minus fem millibar. Justera rotationshastigheten för turbomolekylpumpen som är fäst vid RFQ-vakuumkammaren för att ställa in ett omgivande tryck på 10 till minus två millibar.
Denna uppdaterade schematiska innehåller representationer av den utrustning som krävs för att tillämpa de vägledande elektriska fälten. Använd en likspänningsförsörjning för att applicera en likströmspotential på urankällan. Därefter förbereder du det segmenterade trattelektrodsystemet.
Med dc-strömförsörjningen och en 24-kanalig DC-förskjutningstillförsel, applicera en dc potentiell toning på fyra volt per centimeter och en tre volts förskjutning. Applicera en dc-potential på cirka två volt på utsugningsmunstycket. Följ detta genom att tillämpa DC potentialer till 12 volt segmenterade utvinning radiofrekvens quadrupole.
Skapa övertoningen med 24 kanals DC-förskjutningsförst med tillförsel. Spänningar för var och en av quadrupolens 12 segment kan appliceras individuellt. Applicera 1,8 volt på det segment som ligger närmast utsugningsmunstycket.
Steg klokt, minska spänningarna i efterföljande segment med 0,2 volt för att uppnå en DC-gradient på 0,1 volt per centimeter. Nu, anställa en funktion generator och linjär RF-förstärkare för att tillämpa en frekvens på cirka 850 kilohertz, 220 volt topp-till-topp amplitud till tratten ring elektrodsystemet. Med en annan frekvens generator och två RF-förstärkare, tillämpa en 880 kilohertz, 120 till 250 volt topp-till-topp amplitud till extraktion radiofrekvens quadrupole och den enskilda buntning elektrod.
Vid applicering av RF-spänningen på trattringselektroderna, om heliumbuffertgasen inte är tillräckligt ren, kommer gnistor att uppstå i buffert-gasstoppcellen. I detta fall avbryter förfarandet och utföra bake-out för en dag för att åter erhålla full extraktion effektivitet. Använd en likspänningsförsörjning för att applicera en potential på minus en volt på extraktionselektroden för utsugsradiofrekvensens quadrupole.
Ställ in offsetspänningen för quadrupole massavskiljaren till minus två volt med DC-förskjutningsmoduler. Vänd dig till funktionsgeneratorn och RF-förstärkaren som är associerad med fyrdubbelmassavskiljaren för att starta den. Efter att ha valt massan till laddning förhållandet och quadrupole massa separator acceptans använda en fyra-kanals strömförsörjning för att tillämpa potentialer till fokusering triodic elektrod struktur.
Efter att ha satt upp de vägledande fälten arbeta med den utrustning som krävs för att stämma quadrupole massa separatorn. Börja med att applicera spänningar på den dubbel-platta mikrokanal plattan detektor, som har en frontplatta, en ryggplatta och en fosfor skärm. Använd en högspänningsmodul för att applicera en attraktiv potential av negativ 1, 000 volt på frontplattan på den dubbel-platta mikrokanalsplåtsdetektorn.
Med en andra högspänningsmodul, applicera positiva 900 volt på baksidan av detektorns andra platta. Använd en tredje högspänningsmodul för att applicera positiva 3, 000 volt på fosforskärmen bakom mikrokanalsplåtdetektorn. Slå på CCD-kameran och det ljustäta huset bakom fosforskärmen och konfigurera dess exponeringsparametrar.
Observera kamerans utgång och huden quadrupole massa separator massa överladdning förhållandet från under det förväntade värdet för Torium-229 två plus tills det finns en signal. Omkring 10, 000 Torium två plusjoner extraheras per sekund motsvarande cirka 3,5% total effektivitet. Efter att ha hittat Torium signalen scan för Uran-233 rör plus signal genom att åter öka massan över laddning förhållandet.
När Toriumsignalen försvinner, bör uransignalen bli uppenbar. Ställ in quadrupole massavskiljaren för att utvinna endast Torium-229 två plusjonarter. Med massavskiljaren inställd, fortsätt att upptäcka det isomeriska förfallet.
Stäng av den fyrhjulingsmassavskiljare trycksensorn för att minska bakgrunden från joniserat helium och ljus. Justera separatorparametrarna för att extrahera den valda Toriumjonen. Därefter, minska ytan potentialen av frontplattan av mikro kanal plattan detektorn till minus 30 volt.
Applicera en accelererande potential på den andra plattan av mikrokanalplattan detektor, typiskt 1, 900 volt. Applicera en accelererande potential på fosforskärmen bakom detektorn, typiskt 4, 000 volt. Starta förvärvssekvensen av CCD-bilder.
Den frekvensen Count uppgår till cirka tre counts per sekund. Lagra data för bildutvärdering och efterbehandling. Denna massa skanning är i enheter av atommassa över elektrisk laddning och representerar räknas mätt över fem sekunder.
Det finns tre grupper av extraherade jonarter i singly, dubbelt och triply laddade stater. Notera det relativa antalet triply joniserade Torium jämfört med triply joniserat Uran. Dessa mikrokanal plåtdetektor signaler för triply laddade stater Torium och Uran återspeglar experiment med tre separata Uran källor.
Två Uran-233 källor av olika styrkor producerade klart signalerar för Torium och inte för Uran. Tester med hjälp av en uran-234 källa produceras inga signaler som ger bevis de signaler som genereras med uran-233 källa är från nukleära de-excitation inte atomära skal processer. Mikrokanalplattan detektor bilder för dubbelt laddade Torium och Uran är förenliga med denna tolkning.
För dessa data varierar den attraktiva plattan av mikrokanaldetektorn från en spänningsbetonande elektroner från jonisk påverkan, ner till noll volt. Det finns en ansenlig räkning klassar för dubbelt-laddat Torium till ingången av noll volt, till skillnad från räkningen klassar för dubbelt-laddat Uran. Detta ger ytterligare bevis signalen är från förfall av nukleära isomer.
Denna teknik banade väg för mätning av livstid och excitation energi av thory-myz-imer samt för en mätning av dess hyperfin struktur. I slutändan kan det leda till utvecklingen av en ultra-exakt optisk kärnklocka.
Related Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
