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.
Voorbereiding van een Isotopisch zuivere 229e Ion Beam voor studies van 229mth
Chapters
Summary May 3rd, 2019
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
We presenteren een protocol voor het genereren van een isotopisch gezuiverde lage-energie 229th Ion Beam van een 233U bron. Deze ionen straal wordt gebruikt voor de directe detectie van de 229mvan de grondtoestand verval via de interne-conversie verval kanaal. We meten ook de interne conversie levensduur van 229mth.
Transcript
Deze methode beschrijft de productie van een isotopisch zuivere Thorium-229 ionenbundel na het alfaverval van Uranium-233. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het ons in staat stelt om Thorium-229 ionen te bestuderen in een energiezuinige nucleair-opgewonden staat die relevant is voor de ontwikkeling van nucleaire clubs. Het demonstreren van de procedure zal zijn Ines Amersdorffer, een student uit ons laboratorium.
Een Uranium-233 bron is gemonteerd in deze set-up voor het creëren van een isotopisch zuivere Thorium-229 ionenbundel. De vacuümkamer's zijn geëvacueerd en uitgebakken om zich voor te bereiden op het experiment. De opstelling is achter de elektronica die wordt gebruikt om het systeem te controleren en te controleren.
Onderzoekers communiceren met de elektronica in de eerste plaats via computers die ook verzamelen en weer te geven van de gegevens. Dit cutaway schema toont elementen van het apparaat. Overweeg de stappen van het genereren van de Thorium-229 isomeren en de buffer gas stopcel om ze te detecteren met een CCD-camera.
Een 290 kilo Becquerel, groot gebied Uranium-233 bron produceert de alfa verval Thorium-229 kernen, waaronder 2% van de eerste opgewonden staat isomeren. Snelle thoriumkernen ontsnappen aan de bron en worden getthermiseerd in een ultrazuivere heliumatmosfeer gebufferd gasstopcel. Vervolgens stuiten ze op een elektrisch trechtersysteem.
De radiofrequentie en gelijkstroom elektrische velden leiden hen naar een extractie mondstuk. De supersonische gasstraal uit het mondstuk neemt de kernen mee naar een vacuümkamer met een viervoeterstructuur van de radiofrequentie. De structuur fungeert als een ionengeleider, gezichtsruimtekoeler en mogelijk een paalval.
De volgende vacuümkamer heeft een viervoudige massaafscheider om isotopisch zuivere Thorium-229 in selecteerbare ladingsstaten te isoleren. Een triodic-elektrodesysteem met drie-ring elektroden richt de ionen op de detector. Interactie met een microkanaalplaatdetector zorgt ervoor dat meta stabiele ionen vergaan en elektronen vrijkomen die worden vermenigvuldigd en gedetecteerd op een fosforscherm met de CCD-camera.
Dit is een dwarsdoorsnede schema van de vacuümkamer en bijbehorende apparatuur. Begin het experiment door het starten van de katalytische gasreiniger en wachten 20 minuten voor het om de bedrijfstemperatuur te bereiken. Zorg er vervolgens voor dat de bypassklep gesloten wordt voordat de heliumgascilinder wordt geopend.
Open de drukverkleiningsklep tot een druk van ongeveer 0,5 bar wordt gemeten. Open vervolgens de klep van de drukverlaagder naar de gasslang. Open de gasstroomregeling door een celdruk van 32 millibar in te stellen.
Spoel de gasslang ongeveer 10 minuten door. Sluit vervolgens de klep die de drukverkleiner verbindt met de gasslang en wacht een paar minuten als het helium wordt verwijderd. Voor een hogere zuiverheid-buffer gas vul de cryotrap met vloeibare stikstof.
Stel de poortklep tussen de buffergascel en de turbo moleculaire pomp in op bediening op afstand en sluit de poortklep op afstand. Open de klep die de drukverkleiner verbindt met de gasbuizen. Op dit punt is de buffer-gas stopcel gevuld met ongeveer 30 millibar heliumgas.
De radiofrequentie viervoudige kamerdruk is ongeveer 10 aan de min vier millibar. De viervoudige massa-separator kamerdruk is ongeveer 10 tot de min vijf millibar. Pas de draaisnelheid van de turbo moleculaire pomp aan de RFQ vacuümkamer aan om een omgevingsdruk van 10 in te stellen op de min twee millibar.
Dit bijgewerkte schema bevat afbeeldingen van de apparatuur die nodig is voor de toepassing van de leidende elektrische velden. Gebruik een gelijkspanningsvoorziening om een gelijkstroompotentieel toe te passen op de uraniumbron. Bereid vervolgens het gesegmenteerde trechterelektrodesysteem voor.
Met de DC-voeding en een 24-kanaals DC-compensatievoorziening past u een DC-potentiële helling van vier volt per centimeter en een offset van drie volt toe. Breng een DC-potentieel van ongeveer twee volt aan op het extractiemondstuk. Volg dit door de DC potentials toe te passen op de 12 volt gesegmenteerde extractie radiofrequentie quadrupole.
Maak het verloop met de 24-kanaals DC-verschuivingsvoorziening. Spanningen voor elk van de 12 segmenten van de quadrupole kunnen individueel worden toegepast. Breng 1,8 volt aan op het segment dat het dichtst bij het extractiemondstuk ligt.
Stap verstandig, verlaag de spanningen in de volgende segmenten met 0,2 volt om een DC-helling van 0,1 volt per centimeter te bereiken. Maak nu gebruik van een functiegenerator en lineaire RF-versterker om een frequentie van ongeveer 850 kilohertz, 220 volt piek-tot-piekamplitude toe te passen op het trechterring elektrodesysteem. Breng met een andere frequentiegenerator en twee RF-versterkers een 880 kilohertz, 120 tot 250 volt piek-tot-piekamplitude aan op de extractieradiofrequentie quadrupole en de individuele trostrode.
Bij het toepassen van de RF-spanning op de trechterringelektroden, als het heliumbuffergas niet voldoende zuiver is, zullen er vonken optreden in de buffergasstopcel. In dit geval onderbreekt de procedure en uit te voeren bake-out voor een dag om opnieuw te verkrijgen volledige extractie-efficiëntie. Gebruik een gelijkspanningstoevoer om een potentieel van min één volt toe te passen op de extractie-elektrode van de extractieradiofrequentie quadrupole.
Stel de offsetspanning van de viervoudige massaafscheider in op min twee volt met DC-offsetmodules. Ga naar de functiegenerator en RF-versterker die zijn gekoppeld aan de viervoudige massaafscheider om deze te starten. Na het selecteren van de massa-lading verhouding en quadrupole massa separator acceptatie gebruik maken van een vier-kanaals voeding om potentials toe te passen op de focus triodic elektrode structuur.
Na het opzetten van de geleide velden werken met de apparatuur die nodig is om de viervoudige massascheidingsmiddel af te stemmen. Begin met het toepassen van spanningen op de dubbelplaat microkanaalplaatdetector, die een voorplaat, een achterplaat en een fosforscherm heeft. Gebruik een hoogspanningsmodule om een aantrekkelijk potentieel van negatieve 1.000 volt toe te passen op de voorplaat van de dubbelplaat microkanaalplaatdetector.
Breng met een tweede hoogspanningsmodule positieve 900 volt aan op de achterkant van de tweede plaat van de detector. Gebruik een derde hoogspanningsmodule om positieve 3.000 volt toe te passen op het fosforscherm achter de microkanaalplaatdetector. Schakel de CCD-camera en de lichtdichte behuizing achter het fosforscherm in en configureer de belichtingsparameters.
Let op de camera-output en de huid van de viervoudige massa separator massa overlading verhouding van onder de verwachte waarde voor Thorium-229 twee plus totdat er een signaal. Ongeveer 10.000 Thorium twee plus ionen worden gewonnen per seconde wat overeenkomt met ongeveer 3,5% totale efficiëntie. Na het vinden van de Thorium signaal scan voor de Uranium-233 buis plus signaal door opnieuw het verhogen van de massa over lading verhouding.
Zodra het Thoriumsignaal verdwijnt, moet het uraniumsignaal duidelijk worden. Stel de viervoudige massaafscheider in om alleen de Thorium-229 twee plusionensoorten te extraheren. Met de massa separator afgestemd, blijven detecteren van de isomeric verval.
Schakel de viervoudige massaafscheiderdruksensor uit om de achtergrond van geïoniseerd helium en licht te verminderen. Pas de scheidingsparameters aan om de gekozen Thorium-ion te extraheren. Verlaag vervolgens het oppervlaktepotentieel van de voorplaat van de microkanaalplaatdetector tot min 30 volt.
Breng een versnellend potentieel aan op de tweede plaat van de microkanaalplaatdetector, meestal 1,900 volt. Breng een versnellend potentieel aan op het fosforscherm achter de detector, meestal 4.000 volt. Start de acquisitiereeks van CCD-afbeeldingen.
Het aantalpercentage bedraagt ongeveer drie tellingen per seconde. Sla de gegevens op voor beeldevaluatie en nabewerking. Deze massascan is in eenheden van atoommassa over elektrische lading en vertegenwoordigt tellingen die over vijf seconden worden gemeten.
Er zijn drie groepen van geëxtraheerde ionensoorten in afzonderlijk, dubbel en triply geladen staten. Let op het relatieve aantal triply geïoniseerde Thorium in vergelijking met triply geïoniseerd uranium. Deze microkanaalplaatdetectorsignalen voor triply geladen staten van Thorium en Uranium wijzen op experimenten met drie afzonderlijke bronnen van het Uranium.
Twee Uranium-233 bronnen van verschillende sterktes produceerden duidelijke signalen voor Thorium en niet voor Uranium. Tests met behulp van een Uranium-234 bron geproduceerd geen signalen die het bewijs van de signalen gegenereerd met de Uranium-233 bron zijn van nucleaire de-excitatie niet atomaire shell processen. De microkanaalplaat detector beelden voor dubbel geladen Thorium en Uranium komen overeen met deze interpretatie.
Voor deze gegevens varieert de aantrekkelijke plaat van de microkanaaldetector van een voltage-favoring elektronen van ionische impact, tot nul volt. Er is een aanzienlijke telling tarief voor dubbel geladen Thorium tot de drempel van nul volt, in tegenstelling tot de telling tarief voor dubbel geladen Uranium. Dit levert verder bewijs dat het signaal afkomstig is van verval van de nucleaire isomer.
Deze techniek maakte de weg vrij voor de meting van de levensduur en excitatie-energie van de thory-myz-imer en voor een meting van de hyperfijne structuur. Uiteindelijk kan het leiden tot de ontwikkeling van een ultra-precieze optische nucleaire klok.
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.
