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

Ces travaux ont été soutenus par le programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de l'accord de subvention no 664732 "nuClock", par la subvention Th956/3-1 du DFG, et par le département de physique médicale de l'UML via le laboratoire Maier-Leibnitz.

Les auteurs n'ont rien à révéler.

La gamme de recensants - noyaux de fille de décomposition dans l'uranium s'élève seulement à environ 16 nm. Afin d'atteindre une grande efficacité de la source d'ions de recul pour une activité de source donnée, il est obligatoire de limiter l'épaisseur du matériau source à cette plage. L'efficacité d'extraction du recul est fortement affectée par la propreté de la cellule tampon-gaz. Les contaminations du gaz d'arrêt entraîneront un échange de charge ou la formation de molécules. Par conséquent, la cellule à gaz elle-même doit être construite selon des normes de vide ultra-élevées, en particulier pour permettre une cuisson de la cellule et d'éviter toute matière organique à l'intérieur. Le gaz d'arrêt doit être purifié selon l'état technique de l'art, à partir de la pureté du gaz de haute qualité assistée par la purification catalytique et la livraison à la cellule de gaz via une ligne d'approvisionnement en gaz ultra-propre, partiellement entouré par un piège cryogénique à geler les impuretés. En général, un alignement attentif de l'axe central de la configuration complète à la position de la buse d'extraction des cellules gazeuses est essentiel pour atteindre une efficacité de transport et de détection élevée29.
L'étape 1.4.5 est la plus critique du protocole. Pour une extraction efficace des ions, une amplitude RF élevée doit être appliquée à l'électrode de l'anneau d'entonnoir. Cependant, si l'amplitude est choisie trop haut, des étincelles dans la cellule à gaz se produiront. L'amplitude maximale de tension RF réalisable dépend de façon critique de la pureté du gaz tampon. Une application réussie de tension est surveillée par le courant de la tension de décalage d'entonnoir. Ce courant va augmenter dans le cas des étincelles. Si des étincelles se sont produites, la procédure de cuisson doit être répétée afin de garantir la plus grande efficacité d'extraction d'ion.
Un autre point critique est l'application des hautes tensions au détecteur MCP (étapes 1.6.2-1.6.4). Les émissions sur le terrain peuvent se produire sur le MCP, conduisant à l'émission d'électrons qui peuvent conduire à des signaux artéfactuels.
L'extraction optimale des ions et le transport (refroidi et purifié en masse) vers l'unité de détection nécessitent un alignement soigneux de l'axe optique central. La disponibilité d'un système d'alignement optique (laser d'alignement ou théodolite) est essentielle. Le transport d'ions efficace par l'extraction RFQ et le QMS nécessite une stabilisation continue des amplitudes de radiofréquence pour les deux phases opposées appliquées à chaque paire opposée de tiges29. L'identification des problèmes d'extraction ou de transport peut être facilitée par un diagnostic d'ions réalisé, par exemple, par l'intermédiaire d'un détecteur multicanal placé soit consécutivement à différentes positions le long de la trajectoire ionique pendant la phase de mise en service de la configuration, ou alternativement, par exemple, moins de 90o derrière le RFQ d'extraction avec une tension de surface négative élevée (1-2 kV) pour attirer tous les ions extraits vers le détecteur.
Pendant l'opération, il est généralement possible que deux problèmes surviennent. Toutes les tensions ne sont pas correctement appliquées. Dans ce cas, généralement aucun ions ne sont extraits, et on doit trouver la place de tension mal appliquée. En outre, des impuretés sont présentes dans le tampon-gaz à hélium. Dans ce cas, l'efficacité d'extraction des ions de thorium chargés par triply sera considérablement réduite et la formation de molécules se produit. Dans le pire des cas, même les étincelles apparaissent lorsque la tension de l'entonnoir est appliquée. La raison de la pureté insuffisante du gaz est généralement une fuite dans la conduite d'approvisionnement en gaz ou une bride mal fermée de la cellule d'arrêt de gaz tampon.
La méthode décrite pour générer un faisceau propre d'ions contenant l'isomère énergétiquement basse de 229 mth peut être appliquée à tous les cas comparables où l'ion d'intérêt peut être extrait de l'atmosphère tampon-gaz en quantités importantes. La propreté de la cellule gazeuse et du gaz tampon est obligatoire, de fait, la quantité d'impuretés gazeuses restantes est une limitation de la sensibilité de la méthode. Alors que le détecteur de micro-plaques (MCP) utilisé est basé sur la détection d'électrons, tel qu'exploité ici pour l'enregistrement des électrons de conversion à basse énergie, ce cas se situe déjà à la frontière de faible énergie de la courbe d'efficacité pour MCPs38, tandis que pour des énergies plus élevées la méthode gagnerait de manière significative dans l'efficacité de détection.
Jusqu'à présent, la méthode décrite a fourni la seule identification directe et sans ambiguïté signalée de la désexcitation de l'isosomer de thorium. Alternativement, les cristaux transparents ultra-violets sous vide (VUV) (avec de grands bandgaps, dépassant l'énergie d'excitation supposée de l'isore) sont dopés avec 229Th. L'objectif est de placer 229Th ions en haute (4)état de charge des positions de treillis de cristal, d'inhiber la désexcitation par l'écart de grande bande et de viser une excitation de l'isore à l'aide de rayons X provenant de sources lumineuses synchrotron. Malgré le concept élégant de cette approche, jusqu'à présent aucune fluorescence VUV n'a pu être observée dans une série d'expériences rapportées par plusieurs groupes dans le monde39,40,41,42,43 . Il en va de même pour une classe d'expériences qui vise à réaliser l'excitation nucléaire de l'isosomer via la coquille d'électron de 229Th, en utilisant une transition dite électron-pont. Ici, un couplage résonnant entre une transition de coquille d'électron et l'isore nucléaire devrait permettre une population d'isore plus efficace44,45. D'autres expériences qui visent à l'étude des propriétés isomeriques sont basées sur la micro-calorimétrie46 ou l'observation de l'hyperfine-shift dans la coquille atomique47. Très récemment, une autre méthode pour exciter l'isosomer dans un plasma induit par laser a été signalée48 et fait l'objet de discussions scientifiques au sein de la communauté.
La découverte du canal de désintégration de conversion interne du thorium isomer11 et la détermination de la demi-vie correspondante de 229mTh (7(1)12 peuvent être exploitées à l'avenir pour réaliser une première excitation avec un laser VUV pulsé et réglable basé sur la technologie déjà existante. Ainsi, le paradigme actuel que cela nécessiterait une bien meilleure connaissance de l'énergie d'excitation et un développement laser personnalisé correspondant peut être contourné. En revanche, l'exploitation de la connaissance de l'émission interne d'électrons de conversion, gating la détection des électrons de conversion avec l'impulsion laser fournira un rapport signal-arrière élevé, tout en permettant un balayage de 1 eV d'excitation dans moins de 3 jours49. En outre, une détermination de l'énergie d'excitation de l'isomètre, toujours en cours, peut être basée sur la méthode décrite de générer le faisceau de 229mTh en envoyant des électrons de décomposition IC dans un spectromètre d'électrons à bouteille magnétique avec retard grilles d'électrodes de champ50. La même technique permettra également de déterminer la durée de vie iomérique pour différents environnements chimiques (parexemple, sur les matériaux à large bande comme CaF2 ou l'argon congelé) ou dans 229Th- ainsi que dans l'atome libre et neutre.
La méthode décrite pour générer un faisceau d'ions de thorium isotopiquement pur de l'état de charge de 3 degrés peut être utilisée comme outil pour fournir des ions de thorium pour de futures expériences de spectroscopie laser. Dans ce cas, le faisceau d'ions peut être utilisé pour charger un piège Paul d'une manière stable et efficace. Jusqu'à présent, la seule méthode alternative est de produire 229Th3 par ablation laser à partir d'une cible solide. Ceci, cependant, exige des intensités élevées de laser et une grande quantité de 229Th, qui est un matériel radioactif coûteux et mène à la contamination des composants utilisés de vide. Pour cette raison, la méthode décrite peut être d'un avantage significatif quand il s'agit d'expériences de spectroscopie laser nucléaire. Une première application de ce type a déjà été publiée51.

Le premier état métastable excité dans le noyau thorium-229, dénoté comme 229mTh, présente une position spéciale dans le paysage nucléaire, car il possède l'énergie d'excitation nucléaire la plus basse de tous les états actuellement connus vers le nucléaire. Alors que les énergies nucléaires typiques vont du keV jusqu'à la région MeV, 229mTh possède une énergie inférieure à 10 eV au-dessus de l'état de sol nucléaire1,2,3. La valeur énergétique actuellement la plus acceptée pour cet état est de 7,8(5) eV4,5. Cette faible valeur énergétique a suscité l'intérêt de différentes communautés physiques et a conduit à la proposition de plusieurs applications intéressantes. Parmi eux sont un laser nucléaire6, un qubit très stable pour l'informatique quantique7 et une horloge nucléaire8,9.
La raison pour laquelle 229mTh devrait offrir une grande variété d'applications est basée sur le fait que, en raison de son extraordinaire faible énergie, il est le seul état nucléaire qui pourrait permettre l'excitation laser nucléaire directe en utilisant actuellement disponible laser technique. Jusqu'à présent, cependant, l'excitation laser nucléaire directe de 229mTh a été empêchée par une connaissance insuffisante des paramètres de l'état métastable comme son énergie précise et sa durée de vie. Bien que l'existence d'un état nucléaire excité de faible énergie en 229Th a déjà été conjecturé en 197610, toutes les connaissances sur cet état ne pouvait être déduite de mesures indirectes, ne permettant pas une détermination précise de sa décomposition Paramètres. Cette situation a changé depuis 2016, lorsque la première détection directe de la désintégration de 229mTh a ouvert la porte à une multitude de mesures visant à identifier les paramètres de l'état excité11,12. Ici, un protocole détaillé est fourni, qui décrit les étapes individuelles nécessaires pour une détection directe de 229mTh tel qu'atteint dans l'expérience de 2016. Cette détection directe fournit la base d'une détermination précise de l'énergie et de la durée de vie de 229mTh et donc pour le développement d'une horloge nucléaire. Dans ce qui suit, le concept d'une horloge nucléaire comme l'application la plus importante pour 229mTh sera discuté.
Avec une largeur de ligne relative de 'E/E'10-20, la transition sol-état de l'isomer de thorium est potentiellement qualifiée de norme de fréquence nucléaire ('horloge nucléaire')8,9. En raison d'un noyau atomique d'environ 5 ordres de grandeur plus petits par rapport à la coquille atomique, les moments nucléaires (dipole magnétique et quadrupole électrique) sont donc plus petits que ceux des atomes, rendant une horloge nucléaire largement immunisée contre l'externe perturbations (par rapport aux horloges atomiques de pointe actuelles). Par conséquent, une norme de fréquence nucléaire promet une opération d'horloge très stable et précise. Bien que la précision obtenue dans les meilleures horloges atomiques actuelles atteigne environ 2,1x10-1813, correspondant à une déviation de 1 seconde dans une période de temps considérablement plus longue que l'âge de l'univers, les horloges nucléaires détiennent le potentiel d'un autre l'amélioration qui pourrait devenir essentielle pour un vaste champ d'applications. Les systèmes de navigation par satellite comme le Global Positioning System (GPS), le Global Navigation Satellite System (GLONASS) ou Galileo fonctionnent actuellement avec une précision de positionnement de quelques mètres. Si cela pouvait être amélioré à l'échelle du centimètre, voire du millimètre, une pléthore d'applications pourraient être envisagées, de la conduite autonome au suivi des marchandises ou des composants. Outre des horloges très précises, de tels systèmes nécessiteraient un fonctionnement fiable et ininterrompu, avec une stabilité de dérive à long terme qui assure des intervalles de longue resynchronisation. L'utilisation d'horloges nucléaires pourrait s'avérer bénéfique de ce point de vue pratique. D'autres applications pratiques des horloges nucléaires (réseaux synchronisés) pourraient se trouver dans le domaine de la géodésie relativiste14, où l'horloge agit comme un capteur de gravité 3D, reliant les différences potentielgravitationals locales u à mesurée (relative) différences de fréquence d'horloge 'f/f par l'intermédiaire de la relation 'f/f'-U/c2 (c dénotant la vitesse de la lumière). Les meilleures horloges actuelles sont capables de détecter les changements gravitationnels des différences de hauteur d'environ 2 cm. Ainsi, des mesures ultra-précises à l'aide d'un réseau d'horloge nucléaire pourraient être utilisées pour surveiller la dynamique des chambres de magma volcaniques ou des mouvements des plaques tectoniques15. En outre, l'utilisation de ces réseaux d'horloge a été proposée comme un outil pour rechercher la classe théoriquement décrite de matière noire topologique16. Une discussion approfondie peut être trouvée dans la littérature sur l'application d'une horloge nucléaire à base de 229mTh dans la quête de la détection des variations temporelles potentielles des constantes fondamentales comme la structure fine constante - ou la forte interaction paramètre (mq/QCD, avec mq représentant la masse de quark etQCD le paramètre d'échelle de l'interaction forte), suggéré dans quelques théories unifiant la gravité avec d'autres interactions17. La détection d'une variation temporelle de l'énergie de transition sol-état de 229mTh peut fournir une sensibilité accrue d'environ 2-5 ordres de grandeur pour les variations temporelles de la structure fine constante ou le paramètre d'interaction forte 18,19,20,21,22,23,24,25,26. La limite expérimentale actuelle pour une telle variation de 'd'/dt)/0,7 (2.1)10-17/yr27. Dans la suite, l'approche expérimentale pour la détection directe de la désintégration de l'état sol de 229 mde Th sera décrite.
La preuve de l'existence de l'isosomer 229-thorium jusqu'à récemment ne pouvait être déduite que de mesures indirectes, suggérant une énergie d'excitation de 7,8(5) eV (équivalent à une longueur d'onde dans la gamme spectrale ultra-violette sous vide de 160(11) nm)4 , 5. Notre approche expérimentale, visant à identifier directement la désexcitation isomerique de l'état du sol du isore de 229 mTh, s'appuie sur une séparation spatiale de la population d'isomères dans une cellule d'arrêt tampon-gaz, suivie d'une extraction, et le transport séparé en masse vers une unité de détection appropriée pour enregistrer les produits de déexcitation28,29. Ainsi, la population et la désexcitation de l'isore peuvent être démêlées, résultant en un environnement de mesure propre, non affecté par des contributions de fond rapides. La population de l'isore est atteinte par l'intermédiaire de la désintégration d'une source radioactive 233U, où une branche de désintégration de 2% ne se produit pas directement à l'état de sol de 229Th, mais peuple l'état isomerique première excitée à la place. Les noyaux de recul de désintégration sont thermiques dans une atmosphère d'hélium ultra-pure d'une cellule d'arrêt de gaz tampon, avant d'être guidés par des champs de radiofréquence électrique (RF) et de courant direct (DC) vers une buse d'extraction, où le jet de gaz supersonique émergent traîne dans une chambre à vide adjacente, abritant une structure de quadrupole de radiofréquence (segmentée) (RFQ) agissant comme guide d'ions, refroidisseur d'espace de phase et potentiellement aussi comme piège linéaire de Paul pour empaqueter les ions extraits. Pour une description détaillée de la cellule d'arrêt du gaz tampon et de l'extraction RFQ voir Refs. 30 Ans, états-unis ( , 31 Ans, états-unis ( , 32. Étant donné que, jusqu'à ce moment, le faisceau d'ions extrait contient en plus de 229(m)Th également la chaîne de produits de fille de pourriture, la séparation de masse est effectuée à l'aide d'un séparateur de masse quadrupole (QMS) dans une chambre à vide ultérieure pour enfin générer un faisceau isotopique ment pur de 229(m)Th dans des états de charge sélectionnables (q-1-3). Une description détaillée du QMS peut être trouvée dans Refs. 33 Ans, états-unis ( , 34. La détection de la désintégration iomérique a été réalisée en empiéchant les ions Th directement à la surface d'un détecteur de plaque microcanal (MCP), où les électrons sont libérés, accéléré vers un écran de phosphore et vu par un dispositif couplé à la charge (CCD) appareil-photo. Un aperçu de la configuration expérimentale est montré dans la figure 1. Une description détaillée est donnée dans Réf.35.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig1.jpg"> Figure 1 : Aperçu de la configuration expérimentale. L'isosomer de thorium-229 est peuplé par l'intermédiaire de la branche de désintégration de 2% dans la désintégration de l'uranium-233. 229m Les ions, qui quittent la source 233U en raison de leur énergie de recul cinétique, sont thermiques dans une cellule d'arrêt de gaz tampon remplie de gaz d'hélium de 30 mbar. Les ions sont extraits du volume d'arrêt avec l'aide pour les champs RF et DC et un faisceau d'ions de faible énergie est formé à l'aide d'un quadrupole de radiofréquence (RFQ). Le faisceau d'ions est purifié en masse à l'aide d'un séparateur de masse quadrirupole (QMS) et les ions sont doucement implantés dans la surface d'un détecteur de micro-canal-plaque (MCP) combiné avec un écran de phosphore qui permet la détection spatialement résolue de n'importe quel signaux survenant. Avec la permission aimable de Springer Research, ce chiffre a été modifié à partir de11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig1large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Le protocole suivant décrit la procédure sous-jacente pour générer le faisceau ionique de 229(m)Th qui a permis la première détection directe de la désintégration de l'état du sol de l'isosomer de thorium, jetant ainsi les bases pour étudier ses propriétés de décomposition en tant que préalable au contrôle tout optique de cet État nucléaire exotique en vue de son application en tant que norme de fréquence nucléaire ultra-précise. Pour une meilleure orientation, un aperçu schématique de la configuration utilisée pour la détection directe de la désintégration iomérique11 est fourni à la figure 2, contenant un étiquetage numérique des composants abordés dans le protocole suivant. Aussi les composants utilisés pour la détermination à vie12 sont contenus comme un endommagement.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig2.jpg"> Figure 2 : Croquis schématique de la configuration expérimentale utilisée pour la détection de la désintégration isomerique. Les composants utilisés pour la mesure de la durée de vie sont indiqués comme un enset. Les composants individuels qui seront référencés dans la section protocole sont étiquetés numériquement. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig2large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</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

Une méthodologie est décrite pour générer un faisceau ionique isotopique ment pur de 229Th dans les états de charge de 2 et 3 degrés. Ce faisceau d'ions permet d'étudier l'état isomerique de basse altitude d'abord excité de 229Th à une énergie d'excitation d'environ 7,8(5) eV et une durée de vie radiative allant jusqu'à 104 secondes. La méthode présentée a permis une première identification directe de la décomposition de l'isosomer de thorium, jetant les bases pour étudier ses propriétés de décomposition comme condition préalable à un contrôle optique de cette transition nucléaire. Haute énergie 229Th ions sont produits dans la désintégration d'une source radioactive 233U. Les ions sont thermiques dans une cellule d'arrêt de gaz tampon, extraits et par la suite un faisceau d'ions est formé. Ce faisceau d'ions est purifié par un séparateur de masse quadrupole pour générer un faisceau d'ions pur. Afin de détecter la désintégration iomérique, les ions sont recueillis à la surface d'un détecteur de plaque microcanal, où les électrons, comme émis dans la désintégration de conversion interne de l'état isomerique, sont observés.

La méthode décrite précédemment a permis l'extraction de produits de désintégration à partir d'une source Deca de 233U placée à l'intérieur d'une cellule d'arrêt de gaz tampon, actionnée à environ 30 mbar de gaz d'hélium ultra-pur à température ambiante. Pour la première fois jusqu'à des ions chargés par triply pourrait être extrait d'un tel dispositif avec une grande efficacité29. La figure 3a montre le spectre de masse des ions extraits de la cellule tampon-gaz, montrant trois groupes de 233produits u-désintégration (plus les adducts contaminants qui l'accompagnent) dans des états ioniques chargés individuellement, doublement et triply. Il convient de noter la dominance de 229Th3 'extraction par rapport à 233U3, tandis que les deux espèces sont extraites avec une intensité à peu près égale lors d'être doublement chargé. Ce fait a été utilisé pour des mesures comparatives avec 233ions U, ce qui a permis l'exclusion de tout impact ionique comme origine du signal.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig3.jpg"> Figure 3 : Identification de la décomposition directe de l'isosomer 229-thorium. a) Analyse de masse complète effectuée avec la source 233U 129. Les unités sont données en masse atomique (u) sur charge électrique (e). b) Comparaison des signaux MCP obtenus lors de l'accumulation de thorium et d'uranium dans les états de charge de 2 et 3 degrés (comme indiqué par les flèches reliant à l'analyse de masse). 233 ( en plus vous et 234sources U avez été utilisées (le numéro source est donné sur le côté droit de chaque ligne). Chaque image correspond à une mesure individuelle de 2 000 s de temps d'intégration (ouverture de 20 mm de diamètre indiquée par le cercle pointillé). Des mesures ont été effectuées à -25 V MCP tension de surface afin de garantir l'atterrissage en douceur des ions. c) Signal de la désintégration iomérique de 229Th obtenue au cours de l'extraction 229Th3 avec la source 1. Un diamètre de zone de signal d'environ 2 mm (FWHM) est atteint. L'intensité maximale du signal obtenue est de 0,08 compte/(s mm2) à un taux de fond d'environ 0,01 compte /(s mm2). Avec la permission aimable de Springer Research 11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig3large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Après le transport, le refroidissement et la séparation de masse, le faisceau d'ions empiète sur la surface d'un détecteur de micro-plaque de canal, où un faible potentiel de surface attrayant assure la suppression des signaux d'impact ioniques et ne laisse que des électrons provenant de l'interne Chaîne de désintégration (IC) du 229mTh isosomer à multiplier dans le fort champ électrique des canaux de plaque détecteur. Les signaux MCP obtenus pour trois sources d'uranium différentes sont affichés à la figure 3b. Les flèches du panneau supérieur indiquent l'espèce d'ions doublement ou triplement chargés qui a été sélectionnée à l'aide du séparateur de masse quadruplerupole dans chaque mesure individuelle. On y voit des images acquises avec la caméra CCD derrière l'écran de phosphore, sur lesquelles les électrons du MCP ont été accélérés. Le champ de vision de la caméra CCD est indiqué par les cercles pointillés pour les cercles triply (les deux premières colonnes) et doublement chargés (les deux dernières colonnes) 229Th et 233u ions, respectivement. La rangée supérieure représente le résultat obtenu pour une petite zone 233U source (vers 1000 extrait 229Th3 ions par seconde, source 1), tandis que la rangée inférieure montre la même chose pour une source plus forte avec environ 10.000 extraits 229Th3 ions par seconde (source 3). Il est évident que dans les deux cas un signal clair est obtenu pour 229Th, alors qu'aucune indication d'un signal électronique n'est observée pour 233U 11. Afin de prouver que ce signal provient en effet d'une désexcitation nucléaire et non d'un processus de coquille atomique, la rangée du milieu montre l'image de la caméra résultante lors de l'utilisation d'une source de 234U, où la désintégration de l'iso peuple l'isotope voisin 230 Th, avec une structure nucléaire électronique comparable, mais différente. Comme prévu pour 230Th, aucune indication d'un signal électronique de conversion n'est trouvée dans aucun des cas étudiés. Ainsi, le signal fort, affiché dans la figure 3c avec un excellent rapport signal-arrière, est clairement corrélé avec la décomposition de 229mTh.
D'autres mesures de vérification à l'appui de cette interprétation sont indiquées à la figure 4. Ils montrent deux mesures pour donner d'autres preuves que les signaux électroniques enregistrés proviennent en effet de la désintégration de l'isomère nucléaire : à la figure 4a, il est démontré que le potentiel de surface attrayant du détecteur MCP variait de -100 V ( favorisant l'apparition d'électrons à partir de l'impact ionique) jusqu'à 0 V, en comparant les taux de comptage enregistrés avec le MCP pour les 229Th2 (rouge) et 233u2 'ions (bleu). Il est clair que le taux de comptage descend à zéro pour 233U2 ' lors de la réalisation d'un «atterrissage en douceur» des ions entrants avec une tension de surface inférieure à environ -40 V, tandis qu'un taux de comptage considérable reste pour 229Th2 jusqu'à ce que le seuil de 0 V. Dans la figure 4b, la courbe bleue montre le taux de numération des électrons enregistré pour les ions extraits après une forte accélération vers la surface du détecteur MCP avec un impact Ionique de -2000 V. Impact ionique de 233U2 et 229Th2 ' ions est observée avec une intensité à peu près égale, comme déjà montré pour les ions doublement chargés dans le spectre de masse extraite de la figure 3a. La courbe rouge montre le même scénario, mais maintenant pour un «atterrissage en douceur» des ions entrants avec -25 V MCP potentiel de surface. Aucune indication du signal d'impact ionique de 233U2 est plus visible, tandis que pour 229Th2 ' un signal reste, provenant de la décomposition de conversion interne iomérique11.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig4.jpg"> Figure 4 : Mesures de vérification de la désintégration d'Isomer. a) 229Th2 Signal (rouge) contre 233U2 (bleu) en fonction de la tension de surface MCP. Les erreurs sont indiquées par des bandes ombragées. b) Signal d'ions extraits en fonction du rapport masse-charge derrière le QMS pour les tensions de surface MCP de -25 V (carie de l'isomère, rouge) et de -2 000 V (impact ionique, bleu). Notez les différents temps d'intégration et échelles d'axe. En plus du signal à 114,5 u/e (correspondant à 229Th2),un autre signal à 117,5 u/e se produit, qui provient de la désintégration iomérique de 235U. Avec la permission aimable de Springer Research11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig4large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Ainsi, il peut être prouvé sans ambiguïté (avec d'autres arguments donnés dans l'arbitre 11) que le signal observé à la figure 4 provient de la décomposition isomerique de 229 mTh et représente la première identification directe de la deexcitation de cet isomériser insaisissable.
Par la suite, l'extraction segmentée-RFQ a été actionnée comme un piège linéaire de Paul pour créer un faisceau d'ions groupés, permettant ainsi des mesures à vie de l'isosomer de thorium. Étant donné que notre vide à haute température ambiante ne permet pas des temps de stockage suffisamment longs pour étudier la durée de vie radiative prévue jusqu'à 104 secondes, seule une limite inférieure de t1/2 'gt; 1 minute pourrait être dérivée pour chargé 229mTh ions, limité par le temps de stockage d'ions maximum réalisable dans le piège linéaire Paul11. Cependant, en utilisant la même stratégie de détection que appliquée auparavant pour l'identification de la désintégration de l'isore après la neutralisation des ions de thorium à la surface d'un détecteur MCP, la durée de vie beaucoup plus courte prévue pour les atomes neutres de 229mTh subissant la désintégration interne de conversion donne accès à l'information à vie12. La figure 5a montre la forme prévue du spectre temporel de décomposition tel que simulé pour un bouquet d'ions d'une largeur d'impulsion de 10 degrés. Tandis que la courbe rouge indique le signal d'impact ionique et le signal d'une décomposition exponentielle avec la demi-vie de 7 s est représenté par la courbe grise avec une longue queue de décomposition, le signal attendu de la décomposition de l'iosomer de thorium, composé de l'impact ionique et de l'e la pourriture iomérique xponential, est illustrée par la courbe bleue. La figure 5b affiche le résultat de la mesure correspondante pour 233U3 (rouge) et 229Th3 (bleu), respectivement. Tandis que les ions d'uranium montrent seulement leur signal d'impact ionique, pour 229-thorium clairement la queue de décomposition prévue de la décomposition d'isomérique peut être observée12.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig5.jpg"> Figure 5 : Caractéristiques d'impact et de désintégration temporelles simulées et mesurées. a) Simulation des caractéristiques de temps de décomposition d'isomer de 229th grappes. La simulation est basée sur une forme de groupe mesurée et l'hypothèse que 2 % des 229ions Th sont dans l'état iomérique avec une demi-vie de 7 's après la neutralisation. L'efficacité de détection des électrons est supposée être 25 fois plus grande que l'efficacité de détection d'ion. b) Mesure de la désintégration iomérique à l'amian 229(m)Th3' faisceau ionique (bleu). Une mesure comparative avec 233U3 est indiquée en rouge. Avec la permission aimable de l'American Physical Society12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig5large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
L'ajustement de la queue de désintégration avec un exponentiel (correspondant à un ajustement linéaire à la représentation logarithmique dans la figure 6) entraîne finalement une demi-vie de la neutre 229mTh isosomer de 7(1) 's12. Cette valeur est bien d'accord avec la réduction théoriquement prévue de la durée de vie de neuf ordres de grandeur à partir de l'environ 104 secondes dans le cas de l'isosomer chargé en raison du grand coefficient de conversion deIC 109 37.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig6.jpg"> Figure 6 : Ajustement à 229m Courbe de pourriture. Parcelle logarithmique des caractéristiques de décomposition temporelle pour 229(m)Th2 'ions (a) et 229(m)Th3 'ions (b) avec une courbe d'ajustement appliquée pour extraire la demi-vie isomerique de 229mTh après recombinaison de charge sur la surface du détecteur MCP. Avec la permission aimable de l'American Physical Society12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig6large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

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

Nous présentons un protocole pour la génération d'un faisceau ionique de faible énergie isotopique purifié 229Th à partir d'une source de 233U. Ce faisceau d'ions est utilisé pour la détection directe de la désintégration de l'état du sol de 229 mde th par le canal de désintégration de conversion interne. Nous mesurons également la durée de vie interne de conversion de 229mTh ainsi.

Préparation d'un Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 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 ...

Cette méthode décrit la production d’un faisceau ionique thorium-229 isotopiquement pur suivant la désintégration alpha d’Uranium-233. Le principal avantage de cette technique est qu’elle nous permet d’étudier thorium-229 ions dans un état de faible énergie nucléaire excité qui est pertinent pour le développement des clubs nucléaires. Ines Amersdorffer, une étudiante de notre laboratoire, démontrera la procédure.Une source Uranium-233 est montée dans cet ensemble pour créer un faisceau ioniquement pur de Thorium-229. La chambre à vide a été évacuée et cuite pour se préparer à l’expérience. L’ensemble est derrière l’électronique utilisée pour surveiller et contrôler le système.Les chercheurs interagissent avec l’électronique principalement à travers des ordinateurs qui recueillent et affichent également les données. Ce schéma découpé représente des éléments de l’appareil. Considérez les étapes de la génération des isomères Thorium-229 et de la cellule tampon d’arrêt du gaz à leur détection à l’aide d’une caméra CCD.Un Becquerel de 290 kilos, grande surface Uranium-233 source produit la désintégration alpha Thorium-229 noyaux, y compris 2%des isomères premier état excité. Les noyaux rapides de thorium échappent à la source et sont thermiques dans une cellule d’arrêt tamponné-gaz tamponné de l’atmosphère d’hélium ultra-pure. Ensuite, ils rencontrent un système d’entonnoir électrique.Sa fréquence radio et ses champs électriques à courant direct les guident vers une buse d’extraction. Le jet de gaz supersonique de la buse emmène les noyaux dans une chambre à vide avec une structure quadrupole à radiofréquence. La structure agit comme un guide iion, refroidisseur d’espace face et potentiellement un piège à poteaux.La chambre sous vide suivante a un séparateur de masse quadrupole pour isoler isotopiquement pur Thorium-229 dans des états de charge sélectionnables. Un système d’électrode tridique avec des électrodes à trois œs concentre les ions sur le détecteur. L’interaction avec un détecteur de plaque de micro canal, provoque la décomposition des ions méta stables et libère des électrons qui sont multipliés et détectés sur un écran de phosphore avec la caméra CCD.Il s’agit d’un schéma transse sectionnel de la chambre à vide et de l’équipement associé. Commencez l’expérience en commençant le purificateur de gaz catalytique et en attendant 20 minutes pour qu’il atteigne sa température de fonctionnement. Ensuite, assurez-vous que la vanne de dérivation est fermée avant d’ouvrir la bouteille de gaz d’hélium.Ouvrez la valve réduisseur de pression jusqu’à ce qu’une pression d’environ 0,5 barre soit mesurée. Ensuite, ouvrez la vanne du ré reduceeur de pression au tube à gaz. Ouvrez le contrôle du débit de gaz en fixant une pression cellulaire de 32 millibar.Rincer le tube à gaz pendant environ 10 minutes. Ensuite, fermez la vanne reliant le ré reduceur de pression au tube à gaz et attendez quelques minutes pendant que l’hélium est enlevé. Pour une pureté plus élevée, le gaz tampon remplit le cryotrap d’azote liquide.Réglez la vanne de barrière entre la cellule de gaz tampon et sa pompe moléculaire turbo pour le fonctionnement à distance, puis fermez la valve de porte à distance. Ouvrez la vanne reliant le ré reduceur de pression au tube à gaz. À ce stade, la cellule tampon-gaz d’arrêt est remplie d’environ 30 millibar de gaz hélium.La pression de la chambre quadrupole à radiofréquence est d’environ 10 à moins quatre millibar. La pression de la chambre de séparateur de masse quadrupole est d’environ 10 à moins cinq millibar. Ajustez la vitesse rotative de la pompe moléculaire turbo fixée à la chambre à vide RFQ pour régler une pression ambiante de 10 à moins deux millibar.Ce schéma mis à jour comprend des représentations de l’équipement nécessaire à l’application des champs électriques de guidage. Utilisez un approvisionnement en tension DC pour appliquer un potentiel dc à la source d’uranium. Ensuite, préparez le système segmenté d’électrode en entonnoir.Avec l’alimentation électrique de DC et un approvisionnement de décalage de DC de 24 canaux, appliquez un gradient potentiel de DC de quatre volts par centimètre et un décalage de trois volts. Appliquer un potentiel dc d’environ deux volts à la buse d’extraction. Suivez ceci en appliquant les potentiels de DC au quadripolque segmenté de fréquence radio d’extraction de 12 volts.Créez le gradient avec l’approvisionnement offset 24 canaux DC. Les tensions pour chacun des 12 segments du quadrupole peuvent être appliquées individuellement. Appliquer 1,8 volts sur le segment le plus proche de la buse d’extraction.Étape sage, diminuer les tensions dans les segments suivants de 0,2 volts pour atteindre un gradient DC de 0,1 volts par centimètre. Maintenant, employez un générateur de fonction et un amplificateur linéaire de RF pour appliquer une fréquence d’environ 850 kilohertz, amplitude de pointe-à-crête de 220 volts au système d’électrode d’anneau d’entonnoir. Avec un autre générateur de fréquences et deux amplificateurs RF, appliquez un quadrupole à radiofréquence de 880 kilohertz, de 120 à 250 volts d’amplitude de pointe à pointe sur le quadripolque de radiofréquence d’extraction et l’électrode de groupement individuelle.Lors de l’application de la tension RF sur les électrodes de l’anneau d’entonnoir, si le gaz tampon d’hélium n’est pas suffisamment pur, des étincelles se produiront dans la cellule tampon-gaz d’arrêt. Dans ce cas, interrompt la procédure et effectuer cuire pendant une journée pour obtenir à nouveau l’efficacité complète de l’extraction. Utilisez un approvisionnement en tension DC pour appliquer un potentiel de moins un volt à l’électrode d’extraction du quadrupole à radiofréquence d’extraction.Réglez la tension offset du séparateur de masse quadrupole à moins deux volts avec des modules offset DC. Tournez-vous vers le générateur de fonction et l’amplificateur RF associés au séparateur de masse quadrupole pour le démarrer. Après avoir sélectionné le rapport masse/charge et l’acceptation du séparateur de masse quadrupole, utilisez une alimentation à quatre canaux pour appliquer des potentiels à la structure de l’électrode triodique de focalisation.Après la mise en place des champs directeurs travailler avec l’équipement nécessaire pour régler le séparateur de masse quadrupole. Commencez par appliquer des tensions sur le détecteur de plaques microcanal à double plaque, qui a une plaque avant, une plaque arrière et un écran de phosphore. Utilisez un module à haute tension pour appliquer un potentiel attrayant de 1000 volts négatifs à la plaque avant du détecteur de plaques micro-canaux à double plaque.Avec un deuxième module haute tension, appliquer positif 900 volts à l’arrière de la deuxième plaque du détecteur. Utilisez un troisième module haute tension pour appliquer des 3000 volts positifs sur l’écran de phosphore derrière le détecteur de plaques de micro canal. Allumez la caméra CCD et le boîtier étanche à la lumière derrière l’écran de phosphore et configurez ses paramètres d’exposition.Observez la sortie de la caméra et écorché le rapport de surcharge de masse du séparateur de masse quadrupole à partir de la valeur prévue pour Thorium-229 deux plus jusqu’à ce qu’il y ait un signal. Environ 10 000 thorium deux plus ions sont extraits par seconde, ce qui correspond à environ 3,5% d’efficacité totale. Après avoir trouvé le balayage de signal de Thorium pour le tube d’Uranium-233 plus le signal en augmentant encore la masse au-dessus du rapport de charge.Une fois que le signal du Thorium disparaît, le signal d’uranium doit devenir évident. Réglez le séparateur de masse quadrupole pour extraire seulement le Thorium-229 deux espèces d’ion plus. Avec le séparateur de masse réglé, continuer à détecter la décomposition isomérique.Éteignez le capteur de pression du séparateur de masse quadrupole pour réduire le fond de l’hélium ionisé et de la lumière. Ajustez les paramètres du séparateur pour extraire l’ion thorium choisi. Ensuite, réduisez le potentiel de surface de la plaque avant du détecteur de plaques de micro canal à moins 30 volts.Appliquez un potentiel d’accélération sur la deuxième plaque du détecteur de plaques de micro canal, généralement de 1 900 volts. Appliquez un potentiel d’accélération sur l’écran de phosphore derrière le détecteur, généralement 4000 volts. Démarrez la séquence d’acquisition des images CCD.Le taux de comptage s’élève à environ trois dénombrements par seconde. Stockez les données pour l’évaluation d’images et le post-traitement. Ce balayage de masse se fait en unités de masse atomique au-dessus de la charge électrique et représente des nombres mesurés sur cinq secondes.Il existe trois groupes d’espèces d’ion extraites dans des états chargés ment, doublement et triply. Notez le nombre relatif de thorium ionisé triply par rapport à l’uranium ionisé triply. Ces signaux de détecteur de plaques de microcanal pour les états chargés de thorium et d’uranium reflètent des expériences avec trois sources d’uranium distinctes.Deux sources d’uranium-233 de forces différentes ont produit des signaux clairs pour le thorium et non pour l’uranium. Les essais effectués à l’aide d’une source d’uranium-234 n’ont produit aucun signal indiquant que les signaux générés par la source Uranium-233 proviennent de procédés de désécitation nucléaire et non de procédés de coquille atomique. Les images du détecteur de plaques de micro canal pour le thorium et l’uranium doublement chargés sont compatibles avec cette interprétation.Pour ces données, la plaque attrayante du détecteur de microcanal varie d’un électrons favorisant la tension de l’impact ionique, jusqu’à zéro volts. Il y a un taux de dénombrement considérable pour le thorium doublement chargé jusqu’au seuil de zéro volts, contrairement au taux de compture de l’uranium doublement chargé. Cela fournit d’autres preuves que le signal est de la décomposition de l’isomer nucléaire.Cette technique a ouvert la voie à la mesure de la durée de vie et de l’énergie d’excitation de la thory-myz-imer ainsi qu’à une mesure de sa structure hyperfine. En fin de compte, il peut conduire au développement d’une horloge nucléaire optique ultra-précise.

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