Name: preparing an isotopically pure 229th ion beam for studies of 229mth
Uploaded: 2019-05-03T12:30:00
Duration: 10 min 42 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door het Horizon 2020 onderzoeks-en innovatieprogramma van de Europese Unie in het kader van subsidieovereenkomst nr. 664732 "nuClock", door DFG Grant Th956/3-1, en door het LMU-departement van medische fysica via het Maier-Leibnitz-laboratorium.

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het bereik van de bijcoiling α Decay dochter kernen in uranium bedraagt slechts ongeveer 16 Nm. Om een hoge efficiëntie van de bron voor α-Recoil-ionen voor een bepaalde bronactiviteit te bereiken, is het verplicht om de dikte van de bronmateriaal te beperken tot dit bereik. De α terugslag extractie-efficiëntie wordt sterk beïnvloed door de reinheid van de buffergascel. Contaminaties van het stopgas zullen leiden tot het in rekening brengen van wissel-of molecuul vorming. Daarom moet de gascel zelf worden gebouwd volgens ultra-hoge vacuüm normen, in het bijzonder om een bak van de cel te maken en organische materialen binnen te vermijden. Het stopgas moet worden gezuiverd volgens technische State-of-the-Art, beginnend met de hoogste kwaliteit gaszuiverheid bijgestaan door katalytische zuivering en levering aan de gascel via een ultraschone gastoevoer leiding, deels omringd door een cryogene val om Vries onzuiverheden uit. In het algemeen is een zorgvuldige uitlijning van de centrale as van de volledige instelling op de positie van de gascel extractie nozzle essentieel voor het bereiken van een hoge transport-en detectie-efficiëntie29.
Stap 1.4.5 is de meest kritische van het protocol. Voor een efficiënte ionen extractie moet een hoge RF-amplitude worden toegepast op de trechter ring-elektrode. Echter, als de amplitude te hoog is gekozen, zullen vonken in de gascel voorkomen. De maximale haalbare RF-spannings amplitude is kritisch afhankelijk van de zuiverheid van het buffer gas. Een succesvolle toepassing van de spanning wordt bewaakt via de stroom van de trechter offset spanning. Deze stroom zal toenemen in het geval van vonken. Als er vonken hebben plaatsgevonden, moet de Bake-out procedure worden herhaald om de hoogste ionen extractie-efficiëntie te garanderen.
Een ander kritisch punt is de toepassing van de hoge spanningen op de MCP-detector (stappen 1.6.2-1.6.4). De veld emissies kunnen op de MCP voorkomen, wat leidt tot de emissie van elektronen die kunnen leiden tot artefeitelijke signalen.
Optimale ionen extractie en (gekoeld en massa gezuiverd) transport naar de detectie-eenheid vereist een zorgvuldige uitlijning van de centrale optische as. De beschikbaarheid van een optisch uitlijnings systeem (uitlijningslaser of Theodoliet) is essentieel. Het efficiënte ionen transport door de extractie offerteaanvraag en de QMS vereist een continue stabilisatie van de radiofrequentie-amplituden voor de twee tegenovergestelde fasen toegepast op elk tegenoverliggende paar hengels29. De identificatie van de extractie-of vervoersproblemen kan worden vergemakkelijkt door een ionen diagnose , bijvoorbeeld via een meerkanaalplaat detector die achter elkaar op verschillende posities langs het ionpad wordt geplaatst tijdens de inbedrijfstelling van de Setup, of alternatief, bijvoorbeeld, onder 90o achter de extractie offerteaanvraag met een hoge negatieve oppervlaktespanning (1-2 kV) om alle geëxtraheerde ionen naar de detector aan te trekken.
Tijdens het gebruik kunnen meestal twee problemen optreden. Niet alle spanningen worden correct toegepast. In dit geval meestal geen ionen worden geëxtraheerd, en men moet de plaats van niet correct toegepaste spanning te vinden. Ook zijn er onzuiverheden aanwezig in de helium buffer-gas. In dit geval zal de extractie-efficiëntie voor geïdentificeerdc geladen thorium ionen drastisch worden verlaagd en ontstaat molecuul vorming. In het slechtste geval worden zelfs vonken weergegeven wanneer de trechter spanning wordt toegepast. De reden voor een ontoereikende gaszuiverheid is doorgaans een lekkage in de gastoevoer leiding of een niet goed gesloten flens van de buffer-gasstopcel.
De beschreven methode om een schone straal van ionen te genereren die de energetisch laag liggende 229mth-isomeer bevat, kan worden toegepast op alle vergelijkbare gevallen waarin het ion van belang in aanzienlijke hoeveelheden uit de buffer gasatmosfeer kan worden geëxtraheerd. Reinheid van de gascel en buffer gas is verplicht, dus de hoeveelheid resterende gasverontreinigingen is een beperking van de gevoeligheid van de methode. Hoewel de gebruikte Microchannel-Plate detector (MCP) is gebaseerd op de detectie van elektronen, zoals hier gebruikt voor de registratie van energie-omzettings elektronen, ligt deze zaak al aan de lage-energie grens van de rendementscurve voor MCPs38, terwijl voor hogere energieën de methode aanzienlijk zou winnen in de detectie-efficiëntie.
Tot nu toe heeft de beschreven methode de enige gerapporteerde directe en ondubbelzinnige identificatie van de ontexcitatie van het thorium-isomeer. Als alternatief, vacuüm Ultra-Violet (VUV)-transparante kristallen (met grote band gaten, overschrijding van de veronderstelde excitatie energie van de isomeer) zijn gedoteerd met 229th. Het doel is om 229th-ionen in hoge (4+) laadtoestand van Crystal rooster posities te plaatsen, de-excitatie door de grote band kloof te remmen en te streven naar een excitatie van de isomeer met behulp van röntgenstralen van Synchrotron lichtbronnen. Ondanks het elegante concept van deze aanpak, tot nu toe geen VUV fluorescentie kan worden waargenomen in een reeks van experimenten gerapporteerd door verschillende groepen wereldwijd39,40,41,42,43 . Hetzelfde geldt voor een klasse van experimenten die is gericht op het realiseren van de nucleaire excitatie van de isomeer via de elektronen schil van 229th, met behulp van een zogenaamde elektron-brug overgang. Hier moet een resonante koppeling tussen een elektronen schil overgang en de nucleaire isomeer zorgen voor een efficiëntere isomeer populatie44,45. Andere experimenten die gericht zijn op het onderzoek naar de isomere eigenschappen zijn gebaseerd op microcalorimetrie46 of de observatie van de hyperfine-Shift in de atoom schelp47. Zeer recentelijk een andere methode om de isomeer in een door laser geïnduceerde plasma te prikkelen werd gerapporteerd48 en is onderworpen aan wetenschappelijke discussie binnen de Gemeenschap.
De ontdekking van de interne conversie verval kanaal van de thorium isomeer11 en de bepaling van de bijbehorende halfwaardetijd van neutrale 229mth (7 (1) μs)12 kunnen in de toekomst worden benut om te realiseren van een eerste all-Optical excitatie met een gepulseerde, instelbare VUV-laser op basis van reeds bestaande technologie. Dus het huidige paradigma dat dit veel betere kennis van de excitatie-energie en een overeenkomstige aangepaste Laser ontwikkeling zou vereisen, kan worden omzeild. In tegenstelling tot het benutten van de kennis van interne conversie-elektronen emissie, zorgt het gating van de detectie van conversie-elektronen met de laserpuls voor een hoge signaal-naar-achtergrond ratio, terwijl een scan van 1 eV van excitatie-energie in minder dan 3 dagen49. Bovendien kan een bepaling van de excitatie-energie van de isomeer, die nog steeds in uitvoering is, worden gebaseerd op de beschreven methode om de 229mlange straal te genereren door IC-verval elektronen te zenden in een magnetische-fles elektronen spectrometer met vertragende veld elektrode roosters50. Dezelfde techniek zal ook toelaten om de isomere levensduur te bepalen voor verschillende chemische omgevingen (bijvoorbeeld op grote band-gap materialen zoals CaF2 of Frozen argon) of in 229th+ evenals in het vrije, neutrale atoom.
De beschreven methode van het genereren van een isotopisch zuivere thorium Ion straal van 3 + charge State kan worden gebruikt als een instrument om thorium ionen voor toekomstige laser-spectroscopie experimenten. In dit geval kan de Ion Beam worden gebruikt om een Paul trap op een stabiele en efficiënte manier te laden. Tot nu toe is de enige alternatieve methode om 229th3 + te produceren door laser ablatie van een solide doel. Dit vereist echter hoge Laser intensiteiten en een grote hoeveelheid van 229th, wat een duur radioactief materiaal is en leidt tot de besmetting van gebruikte vacuümcomponenten. Om deze reden kan de beschreven methode van aanzienlijk voordeel zijn als het gaat om experimenten met nucleaire laser spectroscopie. Een eerste toepassing van dit type is al gepubliceerd51.

De eerste opgewonden metastabiele-toestand in de thorium-229-kern, aangeduid als 229mth, vertoont een speciale positie in het nucleaire landschap, omdat het de laagste nucleaire excitatie-energie bezit van alle momenteel bekende ca. 176.000 nucleaire opgewonden Staten. Hoewel typische nucleaire energieën variëren van keV tot de regio MeV, bezit 229mth een energie van minder dan 10 LW boven de nucleaire grond staat1,2,3. De momenteel meest geaccepteerde energiewaarde voor deze toestand is 7,8 (5) EV4,5. Deze lage energetische waarde heeft de interesse van verschillende fysieke gemeenschappen teweegbracht en leidde tot het voorstel van verschillende interessante toepassingen. Onder hen zijn een nucleaire Laser6, een zeer stabiele Qubit voor Quantum Computing7 en een nucleaire klok8,9.
De reden dat 229mth naar verwachting een breed scala aan toepassingen aan te bieden is gebaseerd op het feit dat, vanwege zijn buitengewone lage energie, het is de enige nucleaire staat die kan leiden tot directe nucleaire Laser excitatie met behulp van momenteel beschikbare laser Technologie. Tot nu toe werd echter directe nucleaire Laser excitatie van 229mth verhinderd door onvoldoende kennis van de parameters van de metastabiele State, zoals de precieze energie en levensduur. Hoewel het bestaan van een nucleaire opgewonden staat van lage energie in 229th al werd gevermoeden in 197610, kon alle kennis over deze toestand alleen worden afgeleid uit indirecte metingen, waardoor een precieze bepaling van het verval ervan niet mogelijk was Parameters. Deze situatie is veranderd sinds 2016, toen de eerste directe detectie van de 229m-verval de deur opende voor een veelheid aan metingen, gericht op het vastzetten van de parameters van de opgewonden staat11,12. Hier wordt een gedetailleerd protocol verstrekt, waarin de afzonderlijke stappen worden beschreven die nodig zijn voor een directe detectie van 229mth zoals bereikt in het experiment van 2016. Deze directe detectie vormt de basis voor een precieze bepaling van de 229me energie en levensduur en dus voor de ontwikkeling van een nucleaire klok. In het volgende wordt het concept van een nucleaire klok als belangrijkste aanvraag voor 229mth besproken.
Met een relatieve lijnbreedte van δe/E ~ 10-20 kan de overgang van de grondtoestand van het thorium isomeer mogelijk worden aangemerkt als een nucleaire frequentie standaard ("nucleaire klok")8,9. Als gevolg van een atoomkern ongeveer 5 ordes van grootte kleiner in vergelijking met de atomaire shell, zijn de nucleaire momenten (magnetische dipool en elektrische quadrupole) dienovereenkomstig kleiner dan die in atomen, waardoor een nucleaire klok grotendeels immuun is voor externe verstoringen (vergeleken met de huidige State-of-the-art atoomklokken). Daarom belooft een standaard voor nucleaire frequenties een zeer stabiele en nauwkeurige klok werking. Hoewel de nauwkeurigheid die is bereikt in de beste huidige atoomklokken ongeveer 2,1 X10-1813bereikt, wat overeenkomt met een afwijking van 1 seconde in een periode die aanzienlijk langer is dan de leeftijd van het universum, houden kern klokken het potentieel van een verdere verbetering die essentieel kan worden voor een groot toepassingsgebied. Op satelliet gebaseerde navigatiesystemen zoals het Global Positioning System (GPS), het wereldwijde navigatie satellietsysteem (GLONASS) of Galileo werken momenteel met een positioneringsnauwkeurigheid van enkele meters. Als dit kan worden verbeterd tot de centimeter of zelfs millimeter schaal, een overvloed aan toepassingen kunnen worden overwogen, van autonome rijden naar vracht of component tracking. Naast zeer nauwkeurige klokken, zouden dergelijke systemen een betrouwbare ononderbroken werking vereisen, met lange termijn drift stabiliteit die lange-hersynchronisatieintervallen beveiligt. Het gebruik van kern klokken zou vanuit praktisch oogpunt voordelig kunnen blijken. Verdere praktische toepassingen van (gesynchroniseerde netwerken van) nucleaire klokken kunnen liggen op het gebied van relativistische Geodesie14, waar de klok fungeert als een 3D-zwaartekrachtsensor, met betrekking tot lokale zwaartekracht POTENTIAALVERSCHILLEN δu te meten (relatief) klokfrequentie verschillen Δf/f via de relatie Δf/f =-ΔU/c2 (c die de lichtsnelheid aangeeft). De beste huidige klokken zijn geschikt voor het meten van zwaartekracht verschuivingen van hoogteverschillen van ± 2 cm. Zo kunnen uiterst nauwkeurige metingen met behulp van een nucleair klok netwerk worden gebruikt om de dynamiek van vulkanische magma kamers of tektonische plaat bewegingen te bewaken15. Bovendien werd het gebruik van dergelijke klokken netwerken voorgesteld als een instrument om te zoeken naar de theoretisch beschreven klasse van topologische donkere materie16. Uitgebreide discussie kan worden gevonden in de literatuur over de toepassing van een 229mth-gebaseerde nucleaire klok in de zoektocht naar de detectie van mogelijke temporele variaties van fundamentele constanten zoals de fijne structuur constante α of de sterke interactie parameter (m q/Δ QCD, met mq die de Quark massa en ΔQCD de schaalparameter van de sterke interactie), gesuggereerd in sommige theorieën verenigen zwaartekracht met andere interacties17. De detectie van een temporele variatie in de overgangs energie van de grondtoestand van 229mth kan een verbeterde gevoeligheid van ongeveer 2-5 ordes van grootte voor temporele variaties van de fijne structuur constante of de sterke interactie parameter 18,19,20,21,22,23,24,25,26. De huidige experimentele limiet voor een dergelijke variatie van α bedraagt (dα/DT)/α =-0,7 (2.1) 10-17/Jr27. In het volgende wordt de experimentele aanpak voor de directe detectie van de 229mvan de grond staat verval beschreven.
Bewijs voor het bestaan van de 229-thorium isomeer tot voor kort kon alleen worden afgeleid uit indirecte metingen, wat een excitatie-energie van 7,8 (5) eV suggereert (equivalent aan een golflengte in het vacuüm ultraviolette spectrum van 160 (11) nm)4 , 5. onze experimentele aanpak, gericht op een directe identificatie van de isomere grond-staat deexcitatie van de 229mth isomeer, bouwt voort op een ruimtelijke scheiding van de isomeer populatie in een buffer-gas stopcel, gevolgd door een extractie, en massa gescheiden transport naar een geschikte detectie-eenheid voor de registratie van de deexcitatie producten28,29. Zo kan de populatie en deexcitatie van de isomeer worden verstrengeld, wat resulteert in een schone meet omgeving, onaangetast door onmiddellijke achtergrond bijdragen. Populatie van de isomeer wordt bereikt via de α-verval van een radioactieve 233U-bron, waarbij een 2% verval tak niet rechtstreeks naar de grond staat van 229th, maar vult de isomere eerste opgewonden staat in plaats daarvan. α-Decay terugslag-kernen zijn gethermaliseerd in een ultra-zuivere helium atmosfeer van een buffer-gasstopcel, voordat ze worden geleid door elektrische radiofrequente (RF) en gelijkstroom (DC) velden naar een afzuigmondstuk, waar de opkomende supersonische gasstraal sleept ze in een aangrenzende vacuümkamer, huisvesting een (gesegmenteerde) Radio Frequency quadrupool (offerteaanvraag) structuur fungeert als Ion Guide, fase-ruimte koeler en mogelijk ook als lineaire Paul trap voor het bunchen van de geëxtraheerde ionen. Voor een gedetailleerde beschrijving van de buffer-gas stoppen cel en extractie offerteaanvraag Zie refs. 30 , 31 , 32. sinds tot dat moment bevat de geëxtraheerde ionen straal naast 229 (m)ook de keten van α-verval-dochter producten, wordt massascheiding uitgevoerd met behulp van een vierpolige massa separator (QMS) in een daaropvolgende vacuümkamer om uiteindelijk Genereer een isotopisch zuivere 229 (m)th Beam in selecteerbare charge toestanden (q = 1-3). Een gedetailleerde beschrijving van de QMS kan gevonden worden in refs. 33 , 34. detectie van het isomere verval werd bereikt door de ionen direct op het oppervlak van een Microchannel-Plate detector (MCP) te brengen, waar elektronen worden bevrijd, versneld naar een fosfor scherm en bekeken door een laadapparaat (CCD) Camera. Een overzicht van de experimentele opstelling wordt weergegeven in Figuur 1. Een gedetailleerde beschrijving wordt gegeven in Ref.35.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig1.jpg"> Figuur 1: overzicht van de experimentele opstelling. De thorium-229 isomeer wordt bevolkt via de 2% verval tak in het α-verval van uranium-233. 229m De ionen, die de 233U-bron verlaten vanwege hun kinetische terugslag energie, worden in een buffer gasstopcel gevuld met een helium gas van 30 mbar. De ionen worden geëxtraheerd uit het stop volume met de hulp voor RF-en DC-velden en een laag-energetische ionen straal wordt gevormd met behulp van een radiofrequente vierpolige (RFQ). De ionen straal wordt massa gezuiverd met behulp van een quadrupole-Mass-separator (QMS) en de ionen worden zachtjes geïmplanteerd in het oppervlak van een Micro-Channel-Plate (MCP) detector in combinatie met een fosfor scherm dat een ruimtelijk opgeloste detectie mogelijk maakt van optredende signalen. Met vriendelijke toestemming van Springer Research is dit cijfer gewijzigd van11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
Het volgende protocol beschrijft de onderliggende procedure voor het genereren van de 229 (m)e ionen straal die de eerste directe detectie van het verval van de grondtoestand van het thorium-isomeer mogelijk heeft gemaakt, waardoor de basis wordt gelegd voor het bestuderen van zijn verval eigenschappen als een voorwaarde voor de uiteindelijk beoogde all-optische controle van deze exotische nucleaire staat in de richting van de toepassing ervan als een ultra-precieze nucleaire frequentie standaard. Voor een betere oriëntatie wordt in Figuur 2een schematisch overzicht gegeven van de instellingen die worden gebruikt voor de directe detectie van isomere Decay11 , met een numerieke etikettering van de componenten die in het volgende protocol worden behandeld. Ook de componenten die worden gebruikt voor levenslange bepaling12 zijn vervat in een inzet.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig2.jpg"> Figuur 2: schematische schets van de experimentele opstelling die wordt gebruikt voor de detectie van isomere verval. De componenten die worden gebruikt voor levenslange metingen worden weergegeven als een inzet. Afzonderlijke onderdelen waarnaar wordt verwezen in de sectie Protocol worden numeriek gelabeld. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:859px;" width="858">
	<tbody>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:223px;">Uranium-233 Source</td>
			<td style="width:153px;">Institut f&#252;r Radiochemie Universit&#228;t Mainz</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td style="width:357px;">290 kBq U-233 deposited onto 90 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:223px;">RF funnel</td>
			<td style="width:153px;">Secamus Laserschneidtechnik GmbH</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>50 ring electrodes, laser cut and electropolished</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Buffer-gas stopping cell</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Vacuuchamber DN200 CF for buffer-gas stopping cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Roughing pump</td>
			<td style="width:153px;">Leybold</td>
			<td style="width:125px;">Screwline SP 250</td>
			<td>Roughing pump for entire system</td>
		</tr>
		<tr height="18">
			<td height="18" style="height:19px;width:223px;">Roughing pump control</td>
			<td style="width:153px;">Siemens</td>
			<td style="width:125px;">Micromaster 420</td>
			<td>Control unit for Screwline SP 250</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Vacuum gauge Prepressure</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">TPR 265</td>
			<td>Pressure control for roughing pump</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Vacuum gauge cell 1</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">CMR 261</td>
			<td>Pressure control for cell (high-pressure range)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Vacuum gauge cell 2</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">PBR 260</td>
			<td>Pressure control for cell (low-pressure range)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Vacuum gauge RFQ</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">PKR 261</td>
			<td>Pressure control for RFQ pressure read-out</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Pressure gauge QMS</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">PKR 261</td>
			<td>Pressure control for QMS pressure read-out</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Pressure control unit</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">TPG 256 A</td>
			<td>Control unit for all pressure gauges</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Control PC 1</td>
			<td style="width:153px;">Fujitsu</td>
			<td style="width:125px;">unknown</td>
			<td>Control computer for buffer-gas stopping cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Simatic with CPU</td>
			<td style="width:153px;">Siemens</td>
			<td style="width:125px;">S7-300</td>
			<td>Simatic for automation and control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Simatic without CPU</td>
			<td style="width:153px;">Siemens</td>
			<td style="width:125px;">ET 200M</td>
			<td>Simatic for automation and control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Vacuum valves</td>
			<td style="width:153px;">SMC</td>
			<td style="width:125px;">XLH-40</td>
			<td>Vacuum valves for evacuation control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">UHV gate valve</td>
			<td style="width:153px;">VAT</td>
			<td style="width:125px;">48240-CE74</td>
			<td>Gate valve for cell closing during operation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Turbo-Molecular pump 1</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">TMU 400M</td>
			<td>Turbo pump for cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Control unit for TMP 1</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">TCM 1601</td>
			<td>Control unit for TMP TMU 400M</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Turbo-Molecular pump 2</td>
			<td style="width:153px;">Pfeiffer</td>
			<td style="width:125px;">HiMag 2400</td>
			<td>Trubo pump for RFQ</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Turbo-Molecular pump 3</td>
			<td style="width:153px;">Edwards</td>
			<td style="width:125px;">STP 603</td>
			<td>Trubo pump for QMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Control unit for TMP 3</td>
			<td style="width:153px;">Edwards</td>
			<td style="width:125px;">SCU-800</td>
			<td>Control unit for TMP Edwards STP 603</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Bypass valve of gas tubing</td>
			<td style="width:153px;">Swagelok</td>
			<td style="width:125px;">SS-6BG-MM</td>
			<td>Valve to bypass the mass-flow controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Heating sleeves</td>
			<td style="width:153px;">Isopad</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Heating sleeves for bake out of cell and RFQ</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Temperature sensors</td>
			<td style="width:153px;">Isopad</td>
			<td style="width:125px;">TAI/NM NiCrNi</td>
			<td>Temperature sensors for bake-out system</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Heating control unit</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Control unit for Isopad heating sleeves</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Catalytic gas purifier</td>
			<td style="width:153px;">SAES MonoTorr</td>
			<td style="width:125px;">PS4-MT3-R-2</td>
			<td>Gas purifier for ultra-pure helium supply</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">He gas cylinder</td>
			<td style="width:153px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:125px;">He 6.0, 50 liters</td>
			<td>Helium of 99.9999 % purity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Pressure reducer</td>
			<td style="width:153px;">Druva</td>
			<td style="width:125px;">FMD 502-16</td>
			<td>Pressure reducer for He gas cylinder</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Valve of gas supply</td>
			<td style="width:153px;">Swagelok</td>
			<td style="width:125px;">SS-6BG-MM</td>
			<td>Valve to open or close the gas supply</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Mass flow control</td>
			<td style="width:153px;">AERA</td>
			<td style="width:125px;">FC-780CHT</td>
			<td>Mass flow control valve for He supply</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">control unit for mass flow valve</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Control unit for AERA mass flow control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Gas tubing</td>
			<td style="width:153px;">Dockweiler</td>
			<td style="width:125px;">Ultron</td>
			<td>electropolished gas tubing for He supply</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Cryogenic trap</td>
			<td style="width:153px;">Isotherm</td>
			<td style="width:125px;">unknown</td>
			<td>cryogenic trap for He purification (optional)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">DC voltage supply for source</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>DC offset voltage supply for U-233 source</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for funnel</td>
			<td style="width:153px;">Heinzinger</td>
			<td style="width:125px;">LNG 350-6</td>
			<td>Power supply for DC gradient of funnel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for RFQ</td>
			<td style="width:153px;">Iseg</td>
			<td style="width:125px;">unknown</td>
			<td>DC voltage supply for funnel offset, nozzle and RFQ</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Laval nozzle</td>
			<td style="width:153px;">Friatec AG</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Laval nozzle for He and ion extraction</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for buncher</td>
			<td style="width:153px;">Heinzinger</td>
			<td style="width:125px;">LNG 350-6</td>
			<td>DC supply for bunching electrode</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Trigger module</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Trigger module for bunched operation</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF generator for funnel</td>
			<td style="width:153px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:125px;">SRS DS 345</td>
			<td>RF generator for funnel</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF amplifier for funnel</td>
			<td style="width:153px;">Electronic Navigation Industries</td>
			<td style="width:125px;">ENI 240L-1301</td>
			<td>Rf amplifier for funnel</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF phase divider for funnel</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>RF phase divider for funnel</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF+DC&#160; mixer for funnel</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Voltage divider and RF+DC mixer for funnel voltage</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Extraction RFQ</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Extraction RFQ for ion-beam formation or storage</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF generator for RFQ</td>
			<td style="width:153px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:125px;">SRS DS 345</td>
			<td>RF generator for RFQ</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF amplifier for RFQ</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>RF amplifier for RFQ</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF amplifier for bunch electrode</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>RF amplifier for bunch electrode</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF+DC mixer for RFQ</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Mixes the RF and DC potentials for RFQ voltage</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RFQ exit electrode</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>2-mm diameter exit aperture for differential pumping</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">4 Channel DC supply</td>
			<td style="width:153px;">Mesytec</td>
			<td style="width:125px;">MHV 4</td>
			<td>DC offset for aperture and triode</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">QMS</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Quadrupole mass separator for m/q selection</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Brubaker DC offset module</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>DC offset supply for Brubaker lenses of QMS</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">QMS DC offset module</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>DC offset supply for QMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">USB-to-Analog converter</td>
			<td style="width:153px;">EA Elektro-Automatik</td>
			<td style="width:125px;">UTA12</td>
			<td>to generate signal for QMS HV shifter</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">QMS HV shifter</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>to shift the voltage of the QMS DC module</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">QMS DC module</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Module to provide DC voltages for QMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">RF generator for QMS</td>
			<td style="width:153px;">Tektronix</td>
			<td style="width:125px;">AFG 3022B</td>
			<td>RF generator for QMS</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">RF amplifier for QMS</td>
			<td style="width:153px;">Electronic workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>RF amplifier for QMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Picoscope</td>
			<td style="width:153px;">Pico Technology</td>
			<td style="width:125px;">Picoscope 4227</td>
			<td>Oscilloscope for QMS RF control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Control PC 2</td>
			<td style="width:153px;">Fujitsu</td>
			<td style="width:125px;">Esprimo P900</td>
			<td>Control computer for QMS</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Triode extraction system</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Set of three ring electrodes to guide ions</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">MCP detector</td>
			<td style="width:153px;">Beam-Imaging-Solutions</td>
			<td style="width:125px;">BOS-75-FO</td>
			<td>MCP detector with phosphor sreen</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for MCP</td>
			<td style="width:153px;">Keithley Instruments</td>
			<td style="width:125px;">HV Supply 246</td>
			<td>Voltage supply for MCP front side</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for MCP</td>
			<td style="width:153px;">CMTE (NIM module)</td>
			<td style="width:125px;">HV 3160</td>
			<td>Voltage supply for MCP back side</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for MCP</td>
			<td style="width:153px;">Fluke</td>
			<td style="width:125px;">HV Supply 410B</td>
			<td>Voltage supply for phosphor sreen</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">CCD camera</td>
			<td style="width:153px;">PointGrey</td>
			<td style="width:125px;">FL2-14S3M-C</td>
			<td>CCD camera for image recording</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Control PC 3</td>
			<td style="width:153px;">Fujitsu</td>
			<td style="width:125px;">Esprimo P910</td>
			<td>Control computer for CCD camera</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Light-tight housing</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Light tight wooden box for CCD camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Dewar for LN2 supply</td>
			<td style="width:153px;">Isotherm</td>
			<td style="width:125px;">unknown</td>
			<td>Dewar to provide dry nitrogen for venting</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Evaporator for LN2</td>
			<td style="width:153px;">Workshop of LMU Munich</td>
			<td style="width:125px;">customized</td>
			<td>Evaporator to provide dry nitrogen</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Single anode MCP detector</td>
			<td style="width:153px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:125px;">F2223</td>
			<td>Single anode MCP for lilfetime measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DC voltage supply for MCP</td>
			<td style="width:153px;">Fluke</td>
			<td style="width:125px;">HV supply 410B</td>
			<td>Voltage supply for MCP anode</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Power supply for preamplifier</td>
			<td style="width:153px;">Delta Elektronika</td>
			<td style="width:125px;">E 030-1</td>
			<td>Power supply for preamplifier</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Preamplifier for MCP signals</td>
			<td style="width:153px;">Ortec&#160;</td>
			<td style="width:125px;">VT120A</td>
			<td>Preamplifier for MCP signals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Amplifier for MCP signals</td>
			<td style="width:153px;">Ortec (NIM module)</td>
			<td style="width:125px;">Ortec 571</td>
			<td>Amplifier for MCP signals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">CFD</td>
			<td style="width:153px;">Canberra</td>
			<td style="width:125px;">1428A</td>
			<td>Constant-fraction-discriminator for MCP signals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Multichannel Scaler</td>
			<td style="width:153px;">Stanford Research</td>
			<td style="width:125px;">SR 430</td>
			<td>Multichannel scaler for signal read-out</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Control PC 4</td>
			<td style="width:153px;">Fujitsu</td>
			<td style="width:125px;">Esprimo P920</td>
			<td>Control computer for scaler read-out</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Labview</td>
			<td style="width:153px;">National Instruments</td>
			<td style="width:125px;">various versions</td>
			<td>Program used for measurement control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Matlab</td>
			<td style="width:153px;">Mathworks Inc.</td>
			<td style="width:125px;">version 7.0</td>
			<td>Program used for data analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparing an isotopically pure 229th ion beam for studies of 229mth

Een methodologie wordt beschreven voor het genereren van een isotopisch zuivere 229th Ion Beam in de 2 + en 3 + charge States. Deze ionen straal maakt het mogelijk om de laagliggende isomere eerste opgewonden toestand van 229th te onderzoeken met een excitatie-energie van ongeveer 7,8 (5) EV en een stralings levensduur van maximaal 104 seconden. De gepresenteerde methode toegestaan voor een eerste directe identificatie van het verval van de thorium isomeer, het leggen van de fundamenten om zijn verval eigenschappen te bestuderen als voorwaarde voor een optische controle van deze nucleaire transitie. Hoge energie 229th-ionen worden geproduceerd in de α-afbraak van een radioactieve 233U-bron. De ionen worden gethermaliseerd in een buffer-gasstopcel, geëxtraheerd en vervolgens wordt een ionen straal gevormd. Deze ionen straal wordt massa gezuiverd door een vierpolige massa afscheider om een zuivere ionen straal te genereren. Om het isomere verval te detecteren, worden de ionen verzameld op het oppervlak van een microkanaalplaat detector, waarbij elektronen, zoals uitgestoten in het interne omzettings verval van de isomere toestand, worden waargenomen.

De eerder beschreven methode was toegestaan voor de extractie van α-vervalproducten uit een 233U-bron die in een buffer-gasstopcel werd geplaatst en op kamertemperatuur bij circa 30 mbar ultrazuiver helium gas werd gebruikt. Voor de eerste keer kunnen tot geïdentificeerdc geladen ionen worden geëxtraheerd uit een dergelijk apparaat met een hoog rendement29. Figuur 3a toont het massaspectrum van ionen geëxtraheerd uit de buffergascel, met drie groepen van 233U α-vervalproducten (plus begeleidende verontreinigingen) in afzonderlijk, dubbel en driedelig geladen Ionische toestanden. Opmerkelijk is de dominantie van 229th3 + extractie in vergelijking met 233U3 +, terwijl beide soorten worden geëxtraheerd met ongeveer gelijke intensiteit wanneer ze dubbel worden opgeladen. Dit feit werd gebruikt voor vergelijkende metingen met 233U-ionen, waardoor de uitsluiting van elke Ionische-impact als signaal oorsprong werd toegestaan.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig3.jpg"> Figuur 3 : Identificatie van het directe verval van de 229-thorium-isomeer. a) volledige massa scan uitgevoerd met de 233U bron 129. Eenheden worden gegeven als atoommassa (u) over elektrische lading (e). b) vergelijking van de MCP-signalen die zijn verkregen tijdens de accumulatie van thorium en uranium in de 2 + en 3 + laad toestanden (zoals aangegeven door de pijlen die naar de massa scan linken). 233 u en 234u bronnen werden gebruikt (het bronnummer wordt gegeven aan de rechterkant van elke rij). Elke afbeelding komt overeen met een individuele meting van 2.000 s integratie tijd (diafragma van 20 mm diameter aangegeven door de onderbroken cirkel). Metingen werden uitgevoerd bij-25 V MCP oppervlaktespanning om een zachte landing van de ionen te garanderen. c) signaal van de 229th isomere Decay verkregen tijdens 229th3 + extractie met bron 1. Een signaalgebied diameter van ongeveer 2 mm (FWHM) wordt bereikt. De verkregen maximale signaalintensiteit is 0,08 tellingen/(s mm2) bij een achtergrond snelheid van ongeveer 0,01 tellingen/(s mm2). Met vriendelijke toestemming van Springer Research 11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
Na transport, koeling en massascheiding gaat de ionen straal over op het oppervlak van een Microchannel-plaat detector, waarbij een laag aantrekkelijk oppervlakte vermogen de onderdrukking van Ionische effect signalen waarborgt en alleen elektronen uit de inwendige Conversie (IC) verval kanaal van de 229mth isomeer te worden vermenigvuldigd in het sterke elektrische veld van de detector plaat kanalen. De resulterende MCP-signalen, zoals verkregen voor drie verschillende uranium bronnen, worden weergegeven in Figuur 3b. De ionen soorten van dubbel of geïdentificeerdc geladen ionen die met behulp van de vierpolige massa afscheider in elke afzonderlijke meting werd geselecteerd, worden aangegeven door de pijlen van het bovenste paneel. Getoonde Foto's zijn verkregen met de CCD-camera achter het fosfor scherm, waarop de elektronen uit de MCP werden versneld. Het gezichtsveld van de CCD camera wordt aangegeven door de onderbroken cirkels voor geïdentificeerdc (eerste twee kolommen) en dubbel geladen (laatste twee kolommen) 229th en 233U ionen, respectievelijk. De bovenste rij staat voor het resultaat dat is verkregen voor een kleine 233U-bron (ca. 1000 geëxtraheerd 229th3 + ionen per seconde, bron 1), terwijl de onderste rij hetzelfde voor een sterkere bron toont met ca. 10.000 geëxtraheerd 229th3 + ionen per seconde (bron 3). Het is duidelijk dat in beide gevallen een duidelijk signaal wordt verkregen voor 229th, terwijl geen indicatie van een elektron signaal wordt waargenomen voor 233U 11. Om te bewijzen dat dit signaal inderdaad afkomstig is van een nucleaire deexcitatie en niet van een atomaire-shellproces, toont de middelste rij het resulterende camerabeeld bij gebruik van een 234U-bron, waarbij de α-Decay de naburige isotoop 230 vult Th, met een vergelijkbare elektronische, maar toch verschillende nucleaire structuur. Zoals verwacht voor 230th, geen indicatie van een conversie elektron signaal wordt gevonden in een van de onderzochte gevallen. Dus het sterke signaal, weergegeven in figuur 3c met een uitstekende signaal-naar-achtergrond ratio, is duidelijk gecorreleerd met het verval van 229mth.
Aanvullende verificatie metingen ter ondersteuning van deze interpretatie worden weergegeven in Figuur 4. Ze tonen twee metingen om verder bewijs te leveren dat de geregistreerde elektron signalen inderdaad afkomstig zijn van het verval van de nucleaire isomeer: in figuur 4a wordt aangetoond dat het aantrekkelijke oppervlakte potentieel van de MCP-detector varieerde van-100 V ( ten gunste van het vóórkomen van elektronen van Ionische impact) tot 0 V, het vergelijken van de tellings percentages geregistreerd met de MCP voor geëxtraheerd 229th2 + (rood) en 233U2 + ionen (blauw). Duidelijk het aantal daalt tot nul voor 233U2 + bij het realiseren van een ' zachte landing ' van de inkomende ionen met een oppervlaktespanning onder ca.-40 V, terwijl een aanzienlijke telling tarief blijft voor 229th2 + tot de drempel van 0 V. In figuur 4btoont de blauwe curve het elektron tellings percentage dat is geregistreerd voor geëxtraheerde ionen na een sterke versnelling naar het MCP-detector oppervlak met-2000 V. Ionische impact van 233U2 + en 229th2 + ionen wordt waargenomen met ongeveer gelijke intensiteit, zoals reeds aangetoond voor dubbel geladen ionen in het geëxtraheerde massaspectrum van Figuur 3a. De rode curve toont hetzelfde scenario, maar nu voor een ' zachte landing ' van inkomende ionen met-25 V MCP oppervlakte potentiaal. Geen indicatie van het Ionische-impact signaal van 233U2 + is meer zichtbaar, terwijl voor 229th2 + een signaal overblijft, afkomstig van de isomere interne conversie Decay11.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig4.jpg"> Figuur 4 : Controlemetingen van de isomeer verval. a) 229th2 + signaal (rood) vergeleken met 233U2 + (blauw) als functie van de MCP-oppervlaktespanning. Fouten worden aangegeven met gearceerde banden. b) signaal van geëxtraheerde ionen als functie van de massa-oplaad verhouding achter de QMS voor MCP-oppervlaktespanningen van-25 V (isomeer verval, rood) en-2.000 V (Ion-impact, blauw). Noteer de verschillende integratie tijden en asweegschalen. Naast het signaal op 114,5 u/e (overeenkomend met 229th2 +), treedt een aanvullend signaal op 117,5 u/e op, dat afkomstig is van het isomere verval van 235u. Met vriendelijke toestemming van Springer Research11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
Het kan dus ondubbelzinnig worden aangetoond (samen met aanvullende argumenten in Ref. 11) dat het in Figuur 4 waargenomen signaal afkomstig is van het isomere verval van 229men de eerste directe identificatie vormt van de deexcitatie van deze ongrijpbare isomeer.
Vervolgens werd de gesegmenteerde extractie-RFQ gebruikt als een lineaire Paul-val om een gebunkte ionen straal te creëren, waardoor levenslange metingen van het thorium-isomeer mogelijk werden. Aangezien onze kamertemperatuur hoge vacuüm niet voldoende lange opslag tijden toelaat om de verwachte stralings levensduur van maximaal 104 seconden te onderzoeken, kan slechts een ondergrens van t1/2 > 1 minuut worden afgeleid voor een opgeladen 229mth ionen, beperkt door de maximaal haalbare ionen opslagtijd in de lineaire Paul trap11. Echter, met behulp van dezelfde detectie strategie zoals eerder toegepast voor de identificatie van het isomeer verval na neutralisatie van de thorium ionen op het oppervlak van een MCP detector, de verwachte veel kortere levensduur voor neutrale 229mth atomen ondergaan interne conversie verval biedt toegang tot levenslange informatie12. Figuur 5a toont de verwachte vorm van de vervaltijd spectrum als gesimuleerd voor een ion bos met een pulsbreedte van 10 μs. Terwijl de rode curve geeft het Ionische effect signaal en het signaal van een exponentiële verval met 7 μs Half-Life wordt vertegenwoordigd door de grijze kromme met een lange verval staart, het verwachte signaal van het verval van de thorium isomeer, bestaande uit zowel de Ionische impact en de e xponentiële isomere Decay, wordt geïllustreerd door de blauwe curve. Fig. 5b geeft de uitkomst van de corresponderende meting voor respectievelijk 233U3 + (rood) en 229th3 + (blauw) weer. Terwijl uranium ionen alleen hun Ionische impact signaal vertonen, kan voor 229-thorium duidelijk de verwachte verval staart van het isomeer verval12worden waargenomen.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig5.jpg"> Figuur 5 : Gesimuleerde en gemeten temporale ionen impact-en verval karakteristieken. a) simulatie van de isomeer vervaltijd kenmerken van 229th trossen. De simulatie is gebaseerd op een gemeten bosvorm en de veronderstelling dat 2% van de 229e ionen in de isomere toestand is met een halfwaardetijd van 7 μs na neutralisatie. De elektron detectie-efficiëntie wordt verondersteld 25 keer groter te zijn dan de ionen detectie-efficiëntie. b) meting van het isomere verval met een gebunkte 229 (m)th3 + ionen straal (blauw). Een vergelijkende meting met 233U3 + wordt in rood weergegeven. Met vriendelijke toestemming van de American Physical Society12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
Het aanbrengen van de verval staart met een exponentiële (overeenkomend met een lineaire aanpassing aan de logaritmische representatie in Figuur 6) resulteert uiteindelijk in een halfwaardetijd van de neutrale 229mth-isomeer van 7 (1) μs12. Deze waarde stemt goed overeen met de theoretisch verwachte levensduur reductie met negen ordes van grootte van de ca. 104 seconden in het geval van de geladen isomeer als gevolg van de grote omrekeningscoëfficiënt van αIC ~ 109 37.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig6.jpg"> Figuur 6 : Pasvorm tot 229m Th verval curve. Logaritmisch plot van de temporele verval karakteristieken voor 229 (m)th2 + ionen (a) en 229(m) th3 + ionen (b) samen met een passende curve toegepast om de isomere halfwaardetijd van 229mth na charge recombinatie op het MCP-detector oppervlak. Met vriendelijke toestemming van de American Physical Society12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh at JoVE.com

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

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.

Voorbereiding van een Isotopisch zuivere 229e Ion Beam voor studies van 229mth

A methodology is described to generate an isotopically pure 229Th ion beam in the 2+ and 3+ charge states. This ion beam enables one to investigate the ...

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.

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Chemistry

Mechanical Engineering

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Unit 1

Potential Energy and Energy Conservation

Virtual Work

Atoms and Elements

SCIENTISTS IN ACTION

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Bouw en testen van Coin Cellen van Lithium Ion batterijen

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Karakterisering van elektrode materialen voor lithium-ion en Natrium ion accu&#39;s met synchrotron straling Technieken

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Speciatie en biologische beschikbaarheid Metingen van Milieu Plutonium gebruik van Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

Ohmse Contact Fabrication Met behulp van een Focused-Ion Beam Techniek en elektrische karakterisatie voor Layer halfgeleider nanostructuren

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

Fabricage van Polymer Microsferen voor Optische Resonator en Laser Applicaties

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Gerichte Ion Beam fabricage van LiPON gebaseerde Solid-state Lithium-ion Nanobatteries voor het testen van In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

Drie-elektrode Coin Cell voorbereiding en Electrodeposition Analytics voor Lithium-ion batterijen

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography met aberratie-gecorrigeerde scannen transmissie elektronenmicroscoop

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

Preparation of Graphene Liquid Cells for the Observation of Lithium-ion Battery Material

Voorbereiding van grafeen vloeistof cellen voor de waarneming van Lithium-ion batterij materiaal

In this work, we introduce the preparation of graphene liquid cells (GLCs), encapsulating both electrode materials and organic liquid electrolytes between ...

Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces

Demonstratie van gelijke-intensiteit Beam generatie door diëlektrische meta vlakken

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated ...