Este método describe la producción de un haz de iones de torio isotópicamente puro después de la descomposición alfa de uranio-233. La principal ventaja de esta técnica es que nos permite estudiar iones Thorium-229 en un estado de baja energía con excitación nuclear que es relevante para el desarrollo de clubes nucleares. Demostrando el procedimiento estará Ines Amersdorffer, un estudiante de nuestro laboratorio.
Una fuente de uranio-233 se monta en esta configuración para crear un haz de iones Torio-229 isotópicamente puro. La cámara de vacío ha sido evacuada y horneada para prepararse para el experimento. La configuración está detrás de la electrónica utilizada para monitorear y controlar el sistema.
Los investigadores interactúan con la electrónica principalmente a través de computadoras que también recogen y muestran los datos. Este esquema de corte representa elementos del aparato. Considere los pasos de la generación de los isómeros Thorium-229 y la célula de parada de gas tampón para detectarlos con una cámara CCD.
Un Becquerel de 290 kilos, gran área de origen de uranio-233 produce los núcleos de torio-229 de descomposición alfa, incluyendo el 2% de los isómeros de estado de primera excitación. Los núcleos de torio rápidos escapan de la fuente y se térmican en una célula de parada de gas amortiguado de atmósfera de helio ultrapura. A continuación se encuentran con un sistema de embudo eléctrico.
Su radiofrecuencia y sus campos eléctricos de corriente directa los guían hacia una boquilla de extracción. El chorro de gas supersónico de la boquilla lleva los núcleos a una cámara de vacío con una estructura cuadrúpeda de radiofrecuencia. La estructura actúa como una guía de iones, el espacio de la cara más fresco y potencialmente una trampa de poste.
La siguiente cámara de vacío tiene un separador de masa cuadrúpedo para aislar el torio-229 isotópicamente puro en estados de carga seleccionables. Un sistema de electrodos triódicos con electrodos de tres anillos enfoca los iones en el detector. La interacción con un detector de placas de microcanal, hace que los iones meta estables se decaen y libere electrones que se multiplican y detectan en una pantalla de fósforo con la cámara CCD.
Este es un esquema seccional transversal de la cámara de vacío y el equipo asociado. Comience el experimento iniciando el purificador de gas catalítico y esperando 20 minutos para que alcance su temperatura de funcionamiento. A continuación, asegúrese de que la válvula de derivación esté cerrada antes de abrir el cilindro de gas helio.
Abra la válvula reductora de presión hasta que se mida una presión de aproximadamente 0,5 bar. A continuación, abra la válvula desde el reductor de presión hasta el tubo de gas. Abra el control de flujo de gas estableciendo una presión de celda de 32 milibares.
Enjuague el tubo de gas durante unos 10 minutos. A continuación, cierre la válvula que conecta el reductor de presión al tubo de gas y espere unos minutos mientras se retira el helio. Para un gas de mayor pureza-buffer llenar la criotrapa con nitrógeno líquido.
Establezca la válvula de compuerta entre la célula de gas tampón y su bomba turbo molecular para funcionar a distancia y, a continuación, cierre la válvula de compuerta de forma remota. Abra la válvula que conecta el reductor de presión al tubo de gas. En este punto, la célula de parada de gas tampón se llena con alrededor de 30 milivares de gas helio.
La presión de la cámara cuadrúpeda de radiofrecuencia es de aproximadamente 10 a menos cuatro milibares. La presión de la cámara separadora de masa del cuadrúpedo es de aproximadamente 10 a la menos cinco milibar. Ajuste la velocidad rotativa de la bomba molecular turbo conectada a la cámara de vacío RFQ para ajustar una presión ambiental de 10 a menos dos milibares.
Este esquema actualizado incluye representaciones del equipo necesario para aplicar los campos eléctricos guía. Utilice una fuente de voltaje de CC para aplicar un potencial de CC a la fuente de uranio. A continuación, prepare el sistema de electrodos de embudo segmentado.
Con la fuente de alimentación de CC y una fuente de desplazamiento de CC de 24 canales, aplique un gradiente potencial de CC de cuatro voltios por centímetro y un desplazamiento de tres voltios. Aplique un potencial de CC de unos dos voltios a la boquilla de extracción. Siga esto aplicando los potenciales de CC al cuadrúpedo de radiofrecuencia de extracción segmentada de 12 voltios.
Cree el degradado con la fuente de desplazamiento de CC de 24 canales. Los voltajes para cada uno de los 12 segmentos del cuadrúpedo se pueden aplicar individualmente. Aplique 1,8 voltios al segmento más cercano a la boquilla de extracción.
Paso sabio, disminuya los voltajes en los segmentos subsiguientes en 0.2 voltios para lograr un gradiente de CC de 0.1 voltios por centímetro. Ahora, utilice un generador de funciones y un amplificador de RF lineal para aplicar una frecuencia de aproximadamente 850 kilohercios, 220 voltios de amplitud pico a pico al sistema de electrodos de anillo de embudo. Con otro generador de frecuencia y dos amplificadores de RF, aplique una amplitud de 880 kilohercios, 120 a 250 voltios pico a pico a la frecuencia de extracción cuadrúpela de radiofruta y el electrodo de agrupamiento individual.
Al aplicar la tensión DE RF a los electrodos de anillo de embudo, si el gas tampón de helio no es lo suficientemente puro, se producirán chispas en la célula de parada de gas tampón. En este caso, interrumpe el procedimiento y realiza bake-out durante un día para volver a obtener la eficiencia de extracción completa. Utilice una fuente de tensión de CC para aplicar un potencial de menos un voltio al electrodo de extracción del cuadrúpeo de radiofrecuencia de extracción.
Ajuste la tensión de desplazamiento del separador de masa cuadrúpedo en menos dos voltios con módulos de desplazamiento de CC. Gire al generador de funciones y al amplificador de RF asociado con el separador de masa quadrupole para iniciarlo. Después de seleccionar la relación masa-carga y la aceptación del separador de masa cuadrúpedo, utilice una fuente de alimentación de cuatro canales para aplicar potencialidades a la estructura de electrodos triodica de enfoque.
Después de configurar los campos de guía trabajan con el equipo necesario para ajustar el separador de masa cuadrúpedo. Comience aplicando voltajes al detector de placas de microcanal de doble placa, que tiene una placa frontal, una placa posterior y una pantalla de fósforo. Utilice un módulo de alto voltaje para aplicar un atractivo potencial de 1.000 voltios negativos a la placa frontal del detector de placas de microcanal de doble placa.
Con un segundo módulo de alta tensión, aplique 900 voltios positivos a la parte posterior de la segunda placa del detector. Utilice un tercer módulo de alto voltaje para aplicar 3.000 voltios positivos a la pantalla de fósforo detrás del detector de placas de microcanal. Encienda la cámara CCD y la carcasa ligera detrás de la pantalla de fósforo y configure sus parámetros de exposición.
Observe la salida de la cámara y despelleje la relación de sobrecarga de masa del separador de masa cuadrúpedo desde debajo del valor esperado para Thorium-229 dos más hasta que haya una señal. Alrededor de 10.000 Thorium dos iones más se extraen por segundo correspondientes a aproximadamente 3.5% de eficiencia total. Después de encontrar la exploración de la señal de torio para el tubo de uranio-233 más la señal aumentando de nuevo la relación de masa sobre carga.
Una vez que la señal de torio desaparece, la señal de uranio debe hacerse evidente. Establezca el separador de masa cuadrúpedo para extraer sólo el Thorium-229 dos más especies de iones. Con el separador de masa sintonizado, continúe detectando la descomposición isomérica.
Apague el sensor de presión separador de masa quadrupole para reducir el fondo del helio ionizado y la luz. Ajuste los parámetros del separador para extraer el ion de torio elegido. A continuación, reduzca el potencial de superficie de la placa frontal del detector de placas de microcanal a menos 30 voltios.
Aplique un potencial de aceleración a la segunda placa del detector de placas de microcanal, normalmente 1.900 voltios. Aplique un potencial de aceleración a la pantalla de fósforo detrás del detector, normalmente 4.000 voltios. Inicie la secuencia de adquisición de imágenes CCD.
La tasa de recuento asciende a aproximadamente tres recuentos por segundo. Almacene los datos para la evaluación de imágenes y el postprocesamiento. Este escaneo masivo se realiza en unidades de masa atómica sobre carga eléctrica y representa recuentos medidos durante cinco segundos.
Hay tres grupos de especies de iones extraídos en estados cargados por separado, doble y tríbido. Tenga en cuenta el número relativo de torio ionizado triplicado en comparación con el uranio ionizado triplicado. Estas señales de detector de placas de microcanal para los estados de torio y uranio cargados por triplicado reflejan experimentos con tres fuentes de uranio separadas.
Dos fuentes de uranio-233 de diferentes fortalezas produjeron señales claras para el torio y no para el uranio. Las pruebas que utilizan una fuente de uranio-234 no produjeron señales que proporcionaran evidencia de que las señales generadas con la fuente de uranio-233 provienen de la desexcitación nuclear y de los procesos de la cáscara atómica. Las imágenes del detector de placas de microcanal para el torio y el uranio doblemente cargados son consistentes con esta interpretación.
Para estos datos, la atractiva placa del detector de microcanal varía desde un electrón que favorece el voltaje de impacto iónico, hasta cero voltios. Hay una tasa de conteo considerable para el torio doblemente cargado hasta el umbral de cero voltios, a diferencia de la tasa de conteo para el uranio doblemente cargado. Esto proporciona más evidencia de que la señal es de la decadencia del isómero nuclear.
Esta técnica allanó el camino para la medición de la energía de vida útil y excitación del thory-myz-imer, así como para una medición de su estructura hiperfina. En última instancia, puede conducir al desarrollo de un reloj nuclear óptico ultra-preciso.
