この方法は、ウラン-233のアルファ崩壊に続く同位体的に純粋なトリウム229イオンビームの生成を記述する。この技術の主な利点は、原子力クラブの開発に関連する低エネルギー核励起状態でThorium-229イオンを研究できることです。手順を実証するイネス・アマースドーファー、私たちの研究室の学生になります。
同位体的に純粋なトリウム229イオンビームを作成するために、このセットにウラン-233源が取り付けられています。真空チャンバーは、実験の準備のために避難し、焼き尽くされています。セットアップは、システムの監視と制御に使用される電子機器の背後にあります。
研究者は、主にデータを収集し、表示するコンピュータを介してエレクトロニクスと対話します。この切片回路図は、装置の要素を示す。Thorium-229異性体とバッファガス停止セルの生成から、CCDカメラで検出する手順を考えてみましょう。
290キロベクレル、広い領域ウラン-233源は、最初の励起状態異性体の2%を含むアルファ崩壊トリウム229核を生成する。高速トリウム核は、ソースを脱出し、超純粋なヘリウム雰囲気緩衝ガス停止細胞で熱化されます。次に、彼らは電気漏斗システムに遭遇します。
その無線周波数および直流電界は抽出ノズルに向かってそれらを導く。ノズルからの超音速ガスジェットは、無線周波数四重極構造を有する真空チャンバーに核を取り込む。構造はイオンガイド、表面スペースクーラーおよび潜在的に極トラップとして機能する。
次の真空チャンバは、選択可能な電荷状態で同位体的に純粋なトリウム-229を分離する四重極質量分離器を有する。3リング電極を備えた三極電極システムは、検出器にイオンを焦点を当てています。マイクロチャネルプレート検出器との相互作用により、メタ安定イオンが減衰し、CCDカメラで蛍光体スクリーン上で乗算および検出された電子を放出します。
真空チャンバと関連機器の断面図です。触媒ガス浄化装置を開始し、その動作温度に達するまで20分待つことから実験を開始します。次に、バイパスバルブがヘリウムガスボンベを開く前に閉じられていることを確認します。
約0.5バールの圧力が測定されるまで、圧力低減弁を開きます。次いで、バルブを圧力減圧器からガスチューブに開く。32ミリバールのセル圧力を設定して、ガスの流量制御を開きます。
ガスチューブを約10分間洗い流します。次に、圧力減圧器をガスチューブに接続するバルブを閉じ、ヘリウムが取り除かれると数分待ちます。より高い純度バッファーガスのために、液体窒素でクライオトラップを充填します。
バッファーガスセルとターボ分子ポンプの間のゲートバルブを遠隔操作に設定し、ゲートバルブを遠隔操作で閉じます。圧力減圧器をガスチューブに接続するバルブを開きます。この時点で、緩衝ガス停止セルは、ヘリウムガスの約30ミリバールで満たされる。
無線周波数の四重極室圧力は、マイナス4ミリバールに約10である。四重極質量分離器のチャンバー圧力は、マイナス5ミリバールに約10である。RFQ真空チャンバに取り付けられたターボ分子ポンプの回転速度を調整し、周囲圧力をマイナス2ミリバールに10に設定します。
この更新された回路図には、導電界を適用するために必要な機器の表現が含まれています。DC電圧供給を使用して、ウラン源にDC電位を適用します。次に、セグメント化された漏斗電極システムを準備する。
DC 電源と 24 チャネル DC オフセット電源を使用して、DC ポテンシャル勾配を 4 センチメートル当たりにし、3 ボルト オフセットを適用します。約2ボルトのDC電位を抽出ノズルに適用します。この後、DC電位を12ボルトの分割された抽出無線周波数四重極に適用します。
24 チャンネル DC オフセット供給で勾配を作成します。四重極の12セグメントの電圧は個別に適用できます。抽出ノズルに最も近いセグメントに 1.8 ボルトを適用します。
ステップワイズは、0.1ボルト/センチメートルのDC勾配を達成するために、0.2ボルトの後続のセグメントの電圧を減少させます。現在は、関数発生器とリニアRFアンプを採用し、約850キロヘルツ、220ボルトのピークからピークまでの振幅を漏斗リング電極システムに適用します。別の周波数発生器と2つのRFアンプを使用して、抽出無線周波数四重極と個々の束化電極に880キロヘルツ、120〜250ボルトのピークからピーク振幅を適用します。
漏斗リング電極にRF電圧を印加する場合、ヘリウム緩衝ガスが十分に純粋でない場合、緩衝ガス停止セルに火花が生じてしまう。この場合、手順を中断し、完全な抽出効率を再取得するために1日のベークアウトを行う。DC電圧供給を用いて、抽出無線周波数四重極の抽出電極にマイナス1ボルトの電位を印加する。
4重極マスセパレータのオフセット電圧を、DCオフセットモジュールでマイナス2ボルトに設定します。4重極質量分離器に関連付けられている関数発生器とRFアンプに旋回して起動します。質量電荷比および四重極質量分離器の受け入れを選択した後、4チャンネル電源を使用して、集電電位を集積する三極電極構造に適用する。
ガイディングフィールドを設定した後、四重極質量分離器を調整するために必要な機器で動作します。フロントプレート、バックプレート、蛍光体スクリーンを備えたダブルプレートマイクロチャンネルプレート検出器に電圧を適用します。高電圧モジュールを使用して、ダブルプレートマイクロチャンネルプレート検出器のフロントプレートにマイナス1,000ボルトの魅力的な電位を適用します。
第2の高圧モジュールでは、検出器の2番目のプレートの裏側に正の900ボルトを適用します。マイクロチャネルプレート検出器の背後にある蛍光体スクリーンに正の3,000ボルトを塗布するには、第3の高電圧モジュールを使用します。CCDカメラと蛍光体スクリーンの背後にあるライトタイトハウジングのスイッチを入れ、露出パラメータを設定します。
カメラ出力を観察し、信号があるまで、Thorium-229 2プラスの期待値以下から四重極質量分離器質量過充電比をスキンします。約10,000トリウム2プラスイオンは、約3.5%の総効率に対応する毎秒抽出されます。ウラン-233チューブのトリウム信号スキャンを見つけた後、再び質量過充電比を増加させることによって信号を加えた。
トリウム信号が消えると、ウラン信号が明らかになるはずです。4重極質量分離器をセットして、トリウム-2292種プラスイオンのみを抽出します。質量セパレータを調整して、異性崩壊の検出を続けます。
四重極質量分離器圧力センサをオフにして、イオン化ヘリウムと光から背景を減らします。セパレータパラメータを調整して、選択したトリウムイオンを抽出します。次に、マイクロチャネルプレート検出器の前面プレートの表面電位をマイナス30ボルトに低減する。
マイクロチャネルプレート検出器の第2プレートに加速電位を適用する(通常1,900ボルト)。検出器の背後にある蛍光体スクリーン(通常は4,000ボルト)に加速電位を適用する。CCD イメージの取得シーケンスを開始します。
カウント率は、1 秒あたり約 3 カウントに相当します。画像評価と後処理のためのデータを保存します。この質量スキャンは、電荷に対する原子質量の単位で、5秒間にわたって測定されたカウントを表します。
1つの状態、二重に、三重に帯電した状態で抽出されたイオン種の3つのグループがあります。三倍イオン化ウランと比較した三倍イオントリウムの相対的な数に注意してください。トリウムとウランの三次荷電状態のためのこれらのマイクロチャネルプレート検出器信号は、3つの別々のウラン源との実験を反映しています。
異なる強さの2つのウラン-233源は、ウランではなくトリウムのための明確な信号を生成しました。ウラン-234源を用いた試験では、ウラン-233源で生成された信号が原子シェルプロセスではなく核脱励法からのシグナルを提供する信号は生成されなかった。二重に荷電したトリウムおよびウランのためのマイクロチャネル板検出器のイメージはこの解釈と一致している。
このデータでは、マイクロチャネル検出器の魅力的なプレートは、イオン衝撃から電圧を好む電子からゼロボルトまでさまざまです。二重に荷電したウランのカウント率とは異なり、ゼロボルトの閾値まで二重に荷電トリウムのかなりのカウント率があります。これは、信号が核異性体の崩壊からのさらなる証拠を提供する。
この技術は、超微細構造の測定だけでなく、thory-myz-imerの寿命と励起エネルギーの測定への道を開きました。最終的には、超精密な光学核時計の開発につながる可能性があります。
