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

עבודה זו נתמכת על ידי אופק 2020 של האיחוד האירופי תוכנית מחקר וחדשנות תחת הסכם גרנט לא 664732 "nuClock", על ידי DFG גרנט Th956/3-1, ועל ידי מחלקת LMU של פיזיקה רפואית באמצעות Maier-ליבניץ-מעבדה.

. למחברים אין מה לגלות

מגוון הגרעינים של הגרעין להירקב בכמויות אורניום רק על 16 ננומטר. על מנת להשיג יעילות גבוהה של המקור עבור α-יונים מרתיעה עבור פעילות מקור נתון, זה הכרחי כדי להגביל את עובי חומר המקור לטווח זה. היעילות של החילוץ α מושפע מאוד הניקיון של התא גז מאגר. זהום של גז העצירה יוביל לטעינה או היווצרות מולקולה. לכן, תא הגז עצמו צריך להיבנות על פי תקני ואקום אולטרה גבוה, במיוחד כדי לאפשר אפייה של התא והימנעות כל החומרים האורגניים בתוך. גז העצירה צריך להיות מטוהר על פי המדינה הטכנית של האמנות, החל מטוהר הגז הגבוה ביותר בסיוע טיהור קטליטי ומשלוח לתא הגז דרך קו האספקה אולטרה נקי גז, מוקף באופן חלקי מלכודת קריוגניים כדי ל הקפיא את זיהומים. באופן כללי, יישור זהיר של הציר המרכזי של ההתקנה המלאה למיקום של הצינור גז החילוץ הוא חיוני להשגת הובלה גבוהה ויעילות האיתור29.
Step 1.4.5 הוא הקריטי ביותר של הפרוטוקול. להפקת יון יעיל משרעת RF גבוהה יש להחיל על האלקטרודה משפך הטבעת. עם זאת, אם השרעת נבחרה גבוה מדי, הניצוצות בתא הגז יתרחשו. משרעת מתח RF המקסימלי השגה תלויה באופן ביקורתי בטוהר הגז החוצץ. יישום מוצלח של מתח מפוקח באמצעות הזרם של מתח ההיסט של המשפך. הזרם הזה יגדל במקרה של ניצוצות. אם התרחשו ניצוצות, הליך האפייה צריך לחזור על מנת להבטיח יעילות מיצוי היונים הגבוהה ביותר.
נקודה קריטית נוספת היא היישום של מתח גבוה לגלאי MCP (שלבים 1.6.2-1.6.4). פליטת שדה יכול להתרחש על MCP, המוביל פליטה של אלקטרונים אשר יכולים להוביל אותות עובדתיים.
מיצוי היונים האופטימלי (מקורר ומטוהר המונים) לכיוון יחידת הזיהוי מחייב יישור קפדני של הציר האופטי המרכזי. הזמינות של מערכת יישור אופטית (לייזר יישור או תאודולייט) חיונית. התחבורה יון יעיל דרך החילוץ RFQ ו QMS דורש ייצוב מתמשך של הגברה רדיו תדר המוני עבור שני השלבים הנגדיים החלים על כל זוג משני של מוטות29. זיהוי של בעיות החילוץ או הובלה ניתן להקל על ידי אבחון יון ממומש למשל, דרך גלאי לוחית רב-ערוצי ממוקם באופן עוקב במיקומים שונים לאורך נתיב היונים בשלב המזמין של ה ההתקנה, או לחילופין, למשל, תחת 90o מאחורי החילוץ rfq עם מתח משטח שלילי גבוה (1-2 kV) כדי למשוך את כל היונים שחולצו לכיוון הגלאי.
במהלך הפעולה בדרך כלל שתי בעיות יכולות להתעורר. לא כל המתח מוחל כראוי. במקרה זה בדרך כלל לא מפיקים יונים, ואדם צריך למצוא את מקום המתח שאינו מיושם כראוי. כמו כן, זיהומים נמצאים. במאגר הליום-גז במקרה זה את היעילות החילוץ עבור שלישיה טעונה יוני היונים יהיה מופחת באופן דרסטי היווצרות המולקולה מתרחשת. במקרה הגרוע ביותר, אפילו ניצוצות יופיעו כאשר מתח המשפך מוחל. הסיבה לטוהר הגז מספיק הוא בדרך כלל דליפה בקו אספקת הגז או מקורבות לא סגור כראוי של תא מאגר לעצור גז.
ניתן ליישם את השיטה המתוארת להפקת קרן מנקה של יונים המכילה את ה229mהנמוכה האנרגטית של איזורר, על כל המקרים הדומים שבהם ניתן להפיק את יון הריבית מאווירת האגירה בכמויות גדולות. נקיון של תא הגז, גז מאגר הוא הכרחי, ולכן כמות הגזים הנותרים זיהומים הוא מגבלה על רגישות השיטה. בעוד המיקרותדר מיקרוערוץ-גלאי (MCP) מבוסס על זיהוי של אלקטרונים, כפי שנוצל כאן לרישום של אלקטרונים באנרגיה נמוכה המרה, במקרה זה כבר שוכנת בגבול אנרגיה נמוכה של עקומת יעילות עבור MCPs38, בעוד שלאנרגיות גבוהות יותר השיטה תהיה יעילה יותר ביעילות הזיהוי.
עד כה, השיטה המתוארת סיפקה את הזיהוי היחיד הישיר והחד באופן חד משמעי של הריגוש של היום איזומר. לחילופין, ואקום אולטרה סגול (VUV)-קריסטלים שקופים (עם מרווחים בנדנה גדולים, העולה על האנרגיה עירור ההנחה של איזוer) הם מסומם עם 229Th. המטרה היא למקם 229יוני ברמה גבוהה (4+) מטען של תנוחות סריג גביש, לעכב את הריגוש על ידי פער הלהקה הגדול ולכוון בעירור של איזוer באמצעות צילומי רנטגן ממקורות אור סינכרוטרון. למרות הקונספט האלגנטי של גישה זו, עד כה הקרינה הפלואורסצנטית לא ניתן להבחין בסדרה של ניסויים שדווחו על ידי מספר קבוצות ברחבי העולם39,40,41,42,43 . אותו מחזיק של מעמד של ניסויים שמטרתו להגשים את העירור הגרעיני של איזומר דרך קליפת האלקטרון של 229Th, באמצעות מעבר כביכול של הגשר האלקטרוני. כאן זיווג מהדהד בין מעבר של מעטפת אלקטרונים ואיזוer גרעיני צריך לאפשר לאוכלוסיית איזורר יעילה יותר44,45. ניסויים אחרים שמטרתם חקירת המאפיינים של איזואריק מבוססים על מיקרוקלורימטריה46 או על התבוננות במעבר היתר במעטפת האטומית47. לאחרונה שיטה נוספת להלהיב את איזומר בפלסמה הנגרמת על ידי לייזר, דווחה48 והיא כפופה לדיון מדעי בתוך הקהילה.
גילוי של ההמרה הפנימית ריקבון הערוץ של תוריום איזוer11 ואת הנחישות של מחצית החיים המתאימים של נייטרלי 229mTh (7 (1) μs)12 ניתן לנצל בעתיד כדי להגשים את כל האופטי הראשון עירור עם לייזר VUV פעמו, מבוסס על הטכנולוגיה הקיימת כבר. כך הפרדיגמה הנוכחית כי זה ידרוש ידע הרבה יותר טוב של האנרגיה עירור ופיתוח לייזר מותאם אישית תואם ניתן להקיף. לעומת זאת, ניצול הידע של ההמרה הפנימי אלקטרון פליטת, באמצעות זיהוי של אלקטרונים המרה עם הדופק לייזר יספק יחס אות לרקע גבוה, תוך מתן אפשרות לסרוק 1 eV של האנרגיה עירור בפחות מ 3 ימים49. יתר על כן, קביעת האנרגיה עירור של איזוer, עדיין להיות עבודה בתהליך, יכול להיות מבוסס על השיטה המתוארת של יצירת 229mהקרן על ידי שליחת אלקטרונים הריקבון IC לתוך מגנטי בקבוק אלקטרון ספקטרומטר אלקטרוני עם מעכבי רשת אלקטרודה שדה50. הטכניקה זהה גם יאפשר לקבוע את תקופת החיים איזואריק עבור סביבות כימיות שונות (למשל, על הלהקה גדול-הפער חומרים כמו בקפה2 או קפוא ארגון) או ב229 Th+ כמו גם באטום החופשי, נייטרלי. 
השיטה המתוארת ליצירת קרן יון מisotopically טהורה של 3 + מדינה בתשלום יכולה לשמש ככלי לאספקת יונים של תוריום לניסויים עתידיים בשיטת ספקטרוסקופיית לייזר. במקרה זה קרן יון ניתן להשתמש כדי לטעון מלכודת פול בצורה יציבה ויעילה. עד כה, השיטה החלופית היחידה היא לייצר 229Th3 + על ידי אבלציה לייזר מיעד מוצק. זה, עם זאת, דורש עוצמות לייזר גבוהות כמות גדולה של 229Th, שהוא חומר רדיואקטיבי יקר ומוביל לזיהום של רכיבי ואקום משומשים. מסיבה זו, השיטה המתוארת יכול להיות יתרון משמעותי כשמדובר ניסויים בספקטרוסקופיית לייזר גרעינית. יישום ראשון מסוג זה כבר פורסם51.

המדינה הנרגשת הראשונה ביותר בגרעין thorium-229, מסומן 229mTh, מציג מיקום מיוחד בנוף הגרעיני, כפי שהוא בעל אנרגיה עירור הגרעינית הנמוכה ביותר של כל הידוע כיום ca. 176,000 מדינות גרעיניות נרגש. בעוד מגוון רחב של אנרגיות גרעיניות מקוו עד לאזור MeV, 229mיש אנרגיה של מתחת 10 eV מעל מצב הקרקע גרעינית1,2,3. ערך האנרגיה המקובל ביותר עבור מצב זה הוא 7.8 (5) eV4,5. ערך אנרגיה נמוך זה עורר עניין מקהילות פיזיות שונות והוביל להצעת מספר יישומים מעניינים. ביניהם הם לייזר גרעינית6, קיוביט יציבה מאוד עבור מיחשוב קוונטי7 ושעון גרעיני8,9.
הסיבה 229mTh צפוי להציע מגוון רחב של יישומים מבוסס על העובדה, בשל האנרגיה הנמוכה יוצא דופן שלה, היא המדינה הגרעינית היחידה שיכולה לאפשר עירור לייזר גרעיני ישיר באמצעות לייזר זמין כעת טכנולוגיה. עד כה, עם זאת, עירור ישיר לייזר גרעיני של 229mTh היה מונע על ידי ידע מספיק של הפרמטרים של המדינה המטאורווה כמו האנרגיה המדויקת שלה חיים. למרות שקיומה של מצב של אנרגיה גרעינית ב229 Th כבר הושג בשנת 197610, כל הידע על מדינה זו יכול להיות רק משתמעת ממדידות עקיפות, לא לאפשר קביעה מדויקת של הריקבון שלה פרמטרים. מצב זה השתנה מאז 2016, כאשר הזיהוי הישיר הראשון של הריקבון 229mפתחה את הדלת עבור המון מדידות במטרה להצמיד את הפרמטרים של המדינה נרגש11,12. כאן, פרוטוקול מפורט מסופק, אשר מתאר את הצעדים הבודדים הנדרשים לאיתור ישיר של 229mTh כפי שהושג בניסוי של 2016. גילוי ישיר זה מספק את הבסיס לקביעה מדויקת של האנרגיה והחיים ה229mולכן לפיתוח שעון גרעיני. בעקבות המושג של שעון גרעיני כיישום החשוב ביותר עבור 229mיהיה דן.
עם רוחב שורה יחסית של ΔE/E ~ 10-20 מעבר מדינה הקרקע של תוריום איזוer בפוטנציה פוטנציאלי כתקן תדר גרעיני (' השעון הגרעיני ')8,9. בשל גרעין אטומי על 5 הזמנות של גודל קטן יותר לעומת המעטפת האטומית, הרגעים הגרעיניים (דיפול מגנטי וכפול 4 חשמלי) הם בהתאם קטנים יותר אלה אטומים, עיבוד שעון גרעיני בעיקר החיסונית נגד חיצוני רטבאליות (בהשוואה לשעונים האטומיים החדישים). לכן, תקן תדר גרעיני מבטיח פעולת שעון יציבה ומדויקת מאוד. למרות הדיוק שהושג השעונים האטומית הטוב ביותר מגיע כ 2.1 x10-1813, המתאים לסטייה של שנייה אחת בתקופה משמעותית יותר מאשר גיל היקום, שעונים גרעיניים להחזיק את הפוטנציאל של עוד שיפור שיכול להיות חיוני לשדה עצום של יישומים. מערכות ניווט המבוססות על לווין, כגון מערכת המיקום הגלובלית (GPS), מערכת לווין ניווט גלובלי (GLONASS) או גלילאו לפעול כעת עם דיוק מיקום של כמה מטרים. אם זה יכול להיות שיפור בגודל סנטימטר או אפילו מילימטר, שפע של יישומים יכול להיות שנראה מיושן, מנהיגה אוטונומית להובלה או מעקב אחר רכיבים. מלבד שעונים מדויקים ביותר, מערכות כאלה ידרשו הפעלה אמינה ללא הפרעה, עם יציבות סחיפה ארוכת טווח המאבטח מרווחי זמן לסנכרון ארוך. השימוש בשעונים גרעיניים יכול להפוך למועיל מנקודת מבט מעשית זו. יישומים מעשיים נוספים של (רשתות מסונכרנות של) השעונים הגרעיניים יכול לשכב בתחום של הגיאוסובית הגאודאסי14, היכן השעון מתפקד כחיישן הכבידה 3d, הנוגעים הבדלים פוטנציאליים הכבידה המקומי ΔU למדוד (יחסי) הבדלים בתדר השעון Δf/f באמצעות היחס Δf/f =-ΔU/c2 (c המציין את מהירות האור). השעונים הנוכחיים ביותר מסוגלים לחוש משמרות כבידה מפני הבדלי גובה של כ ± 2 ס מ. כך, מדידות אולטרה מדויקות באמצעות רשת שעון גרעיני יכול לשמש כדי לפקח על הדינמיקה של תאי מאגמה וולקנית או תנועות הלוח הטקטוניים15. יתר על כן, השימוש ברשתות שעון כאלה הוצע ככלי כדי לחפש את המעמד התיאורטי המתואר של חומר הטופולוגי מבחינה תיאורטית16. דיון נרחב ניתן למצוא בספרות על היישום של 229mTh מבוסס שעון גרעיני בחיפוש אחר גילוי של וריאציות הזמני הפוטנציאלי של קבועים בסיסיים כמו מבנה בסדר קבוע המבנה או אינטראקציה חזקה פרמטר (mq/Δqcd, עם mq המייצג את המסה קווארק ו Δqcd את הפרמטר בקנה מידה של אינטראקציה חזקה), הציע כמה תיאוריות המאחד את כוח המשיכה עם אינטראקציות אחרות17. גילוי של וריאציה זמנית באנרגיית המעבר של מצב הקרקע של 229mיכול לספק רגישות משופרת על-ידי כ 2-5 הזמנות של סדר גודל עבור וריאציות הזמני של קבוע מבנה משובח או הפרמטר אינטראקציה חזקה 18,19,20,21,22,23,24,25,26. הגבול הניסיוני הנוכחי עבור וריאציה כזו של α סכומים (dα/dt)/α =-0.7 (2.1) 10-17/yr27. בעקבות הגישה הניסיונית לגילוי ישיר של ריקבון הקרקע ה229m, יתואר.
עדות לקיומו של 229-תוריום איזומר עד לאחרונה ניתן להסיק רק ממדידות עקיפות, מציע אנרגיה עירור של 7.8 (5) eV (שווה ערך לאורך הגל בטווח ספקטרלי ואקום אולטרה סגול של 160 (11) nm)4 , 5. הגישה הניסיונית שלנו, המכוונות לזיהוי ישיר של הקרקע הקרקעית של איזואריק ב229m' איזורר ', מתבססת על הפרדה מרחבית של אוכלוסיית איזורר בתאי מאגר לעצירת גז, ולאחריה מיצוי, והובלה בכמויות המונים ליחידת זיהוי מתאימה כדי לרשום את המוצרים הדעירור28,29. לפיכך ניתן לשלול את האוכלוסייה והעירור של איזורר, וכתוצאה מכך סביבת מדידה נקיה, שאינה מושפעת מתרומות רקע מבקשות. אוכלוסיית איזוer מושגת באמצעות הריקבון α ממקור 233U רדיואקטיבי, שם 2% הענף ריקבון ההכנסות לא ישירות למצב הקרקע של 229Th, אבל מאכלס את המדינה הראשונה הנרגשת איזואריק במקום. α-גרעיני הפליטה מרתיעה הם באווירת הליום אולטרה טהורה של תא מאגר לעצור גז, לפני שהוא מונחה על ידי גלי רדיו חשמלי (RF) ו ישיר הנוכחי (DC) שדות לעבר זרבובית החילוץ, שבו המטוס המתעוררים גז קוליים גורר אותם לתוך תא ואקום סמוך, דיור (מקוטע) מבנה גלי-פי-פי (rfq) במבנה משחק כמו מדריך יון, מצנן-מרחב שלב ופוטנציאל גם ליניארי פול מלכודת עבור אגידה היונים המחולצים. לתיאור מפורט של תא מאגר-גז עצירת החילוץ ו-RFQ ראה Refs. בן 30 , מיכל בן 31 , 32. מאז עד אותו רגע קרן יון שחולצו מכיל בנוסף 229 (m)Th גם שרשרת של α מוצרים בת ביתי, הפרדה המונית מבוצעת באמצעות מפריד המוני פי ארבעה (qms) בחדר ואקום הבאים לבסוף צור isotopically טהור 229 (m)הקרן במדינות חיוב לבחירה (q = 1-3). תיאור מפורט של QMS ניתן למצוא Refs. 33 , 34. איתור הריקבון איזואריק הושג על ידי מיצוי היונים התאנון ישירות על פני השטח של גלאי מיקרוערוץ-לוחית (MCP), שבו אלקטרונים משתחררים, מואץ לכיוון מסך פוספור ומוצג על ידי מכשיר מצמידים (CCD) מצלמה. מבט כולל על הכיוונון הנסיוני מוצג באיור 1. תיאור מפורט ניתן ב-Ref.35.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig1.jpg"> איור 1: מבט כולל על הכיוונון הנסיוני. Thorium-229 איזוer מאוכלס באמצעות הענף 2% ריקבון ב α הדעיכה של אורניום-233. 229m יוני יונים, לעזוב את מקור 233U בשל אנרגיית הרתע הקינטית שלהם, הם בתוך תא גז מאגר לעצור ממולא בדלק 30 mbar הליום. היונים מופקים מנפח העצירה בעזרת שדות RF ו-DC וקרן יון בעלת אנרגיה נמוכה נוצרת בעזרת מוט בתדר סי-פי-ארבעה (RFQ). קרן יון הוא המוני מטוהרים בעזרת מפריד פי ארבעה (qms) והיונים מושתלים בעדינות אל פני השטח של צלחת מיקרו ערוץ (MCP) גלאי בשילוב עם מסך פוספור המאפשר זיהוי מרחב של כל אותות המתרחשים. , עם אישור מהסוג של מחקר ספרינגר. הדמות הזאת השתנתה מ-11 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
הפרוטוקול הבא מתאר את ההליך הבסיסי להפקת קרן היון 229 (m)שאפשרה את הגילוי הישיר הראשון של הדעיכה הקרקעית של התיום איזומר, ובכך הנחת היסודות ללימוד מאפייני הריקבון שלה כ תנאי מוקדם של בסופו של דבר השליטה האופטית כל אופטי של המדינה הזאת גרעינית אקזוטיים לעבר היישום שלה כסטנדרט מדויק התדר הגרעיני. לאוריינטציה טובה יותר סקירה סכמטית של הכיוונון המשמש לזיהוי ישיר של הריקבון איזואריק11 מסופק באיור 2, המכיל תוויות מספריים של הרכיבים הממוענות בפרוטוקול הבא. כמו כן, הרכיבים המשמשים לקביעת משך חיים12 נכללים כהזחה.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig2.jpg"> איור 2: סקיצה סכמטית של הכיוונון הניסיוני המשמש לזיהוי ריקבון איזואריק. הרכיבים המשמשים למדידת משך חיים מוצגים כהזחה. רכיבים בודדים שאליהם יש הפניה במקטע הפרוטוקול מתויג באמצעות מספרי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</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

מתודולוגיה מתוארת כדי להפיק קרן יון isotopically טהורה 229Th בתוך 2 + ו 3 + מדינות החיוב. קרן יון זה מאפשר לאחד לחקור את נמוך לשקר איזואריק המצב הראשון נרגש של 229Th באנרגיה עירור של כ-7.8 (5) eV ו החיים קרינה של עד 104 שניות. השיטה המוצגת מותרת לזיהוי ישיר ראשון של הריקבון של תוריום איזומר, הנחת היסודות לחקור את מאפייני הריקבון שלה כתנאי מוקדם לשליטה אופטית של המעבר הגרעיני הזה. אנרגיה גבוהה 229יוני מיוצרים בדעיכה של מקור 233U רדיואקטיבי. היונים מופרים בתא עצירת גז, מופק ולאחר מכן נוצרת קרן יונים. קרן היונים הזאת מטוהרת על-ידי מפריד. בעל ארבעה ממונים כדי ליצור קרן יון טהורה על מנת לזהות את הריקבון איזואריק, היונים נאספים על פני השטח של גלאי צלחת מיקרו ערוצים, שבו אלקטרונים, כפי שנפלט ההמרה הפנימי המרה של המדינה איזואריק, הם נצפו.

השיטה שתוארה לפני המותר עבור החילוץ של α מוצרים ריקבון ממקור 233U ממוקם בתוך תא מאגר לעצור גז, מופעל על ca. 30 באולטרה גז הליום טהור בטמפרטורת החדר. בפעם הראשונה עד יוני טעונה מטריקלי יכול להיות מופק ממכשיר כזה עם יעילות גבוהה29. איור 3a מציג את הספקטרום ההמוני של יונים שחולצו מתא הגז מאגר, מציג שלוש קבוצות של 233U α-מוצרים להירקב (בתוספת ליווי מזוהם) ב ביחידים, כפליים מחויב מדינות יוני. ראוי לציין הוא שליטה של 229Th3 + החילוץ בהשוואה 233U3 +, בעוד שני המינים מופקים עם בעוצמה שווה כאשר טעונה כפול. עובדה זו שימש למדידות השוואתית עם 233U יונים, אשר אפשרה הדרה של כל השפעה יונית כמקור אות.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig3.jpg"> איור 3 : זיהוי הדעיכה הישירה של ה229-תוריום איזומר. a) סריקת מסה להשלים שבוצעה עם 233U מקור 129. היחידות ניתנות כמסה אטומית (u) באמצעות מטען חשמלי (e). ב) השוואת אותות MCP שהתקבלו במהלך הצטברות של תוריום ואורניום ב -2 + ו 3 + מדינות התשלום (כפי שמצוין על-ידי החיצים המקשרים לסריקת ההמונים). 233 אתה ומקורות 234U שימשו (מספר המקור ניתן בצד הימני של כל שורה). כל תמונה מקבילה למדידה בודדת של 2,000 s זמן האינטגרציה (צמצם קוטר 20 מ"מ המצוין על-ידי העיגול המקווקו). מדידות בוצעו ב-25 וולט במתח משטח ה-MCP על מנת להבטיח נחיתה רכה על היונים. ג) האות של הריקבון ה229 של איאיזואריק שהושג במהלך 229Th3 + החילוץ עם מקור 1. מושגת קוטר של שטח האות של כ-2 מ"מ. עוצמת האות המתקבלת מקסימלית היא 0.08 ספירות/(s mm2) בקצב רקע של כ 0.01 ספירות/(s mm2). עם אישור מהסוג של. שפרינגר מחקר 11 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
לאחר הובלה, צינון והפרדה המונית, קרן היונים מצטמצמת אל פני השטח של גלאי מיקרוערוץ-צלחת, שבו פוטנציאל משטח מושך נמוך מבטיח את דיכוי אותות ההשפעה היונית ומשאיר רק אלקטרונים הנובעים מן הפנים המרה (IC) הערוץ הריקבון של 229mTh איזוer להיות מוכפל בשדה חשמלי חזק של ערוצי לוחית הגלאי. אותות ה-MCP המתקבלים כפי שהושגו עבור שלושה מקורות אורניום שונים מוצגים באיור 3b. מינים היונים של יונים מואשמים כפליים או מטריפי שנבחרו בעזרת מפריד המוני הקוטב השני בכל מדידה בודדת מצוין על ידי החיצים מהחלונית העליונה. מוצגים תמונות שנרכשו עם מצלמת CCD מאחורי המסך פוספור, שעליו האלקטרונים מ-MCP היו מואצת. שדה התצוגה של מצלמת CCD מצוין על ידי עיגולים מקווקו עבור שלישיה (שתי העמודות הראשונות) וטעונה כפליים (שתי העמודות האחרונות) 229Th ו 233U יונים, בהתאמה. השורה העליונה מייצגת את התוצאה המתקבלת עבור מקור אזור קטן 233U (ca. 1000 שחולצו 229Th3 + יונים לשנייה, מקור 1), בעוד השורה התחתונה מראה את אותו דבר עבור מקור חזק יותר עם ca. 10,000 שחולצו 229Th3 + יוני לשניה (מקור 3). ברור כי בשני המקרים אות ברור מתקבל עבור 229Th, בעוד שאין אינדיקציה לאות אלקטרון הוא נצפתה עבור 233U 11. על מנת להוכיח כי אות זה אכן מקורו של מקור גרעיני ולא מתהליך פגז אטומי, השורה האמצעית מראה את תמונת המצלמה שנוצר בעת שימוש במקור 234U, שבו ריקבון α מאכלס איזוטופ השכנה 230 Th, עם מבנה גרעיני מדומה, ועם זאת שונה. כצפוי עבור 230Th, אין אינדיקציה המרה אות אלקטרון נמצא באף אחד מהמקרים שנחקרו. אז את האות חזק, מוצג באיור 3 ג עם יחס אות אל רקע מעולה, הוא בבירור בקורלציה עם הדעיכה של 229mTh.
מדידות אימות נוספות התומכות בפרשנות זו מוצגות באיור 4. הם מראים שתי מדידות כדי לתת ראיות נוספות כי אותות אלקטרונים רשומים אכן מקורם הריקבון של איזוer גרעינית: באיור 4a זה מראה כי הפוטנציאל משטח אטרקטיבי של גלאי ה-MCP היה מגוון מ-100 V ( להעדיף את התרחשות של אלקטרונים מפני השפעה יונית) עד 0 V, השוואת שיעורי הרוזן הרשומים עם MCP עבור שחולצו 229Th2 + (אדום) ו 233U2 + יונים (כחול). ברור שיעור הספירה יורדת לאפס עבור 233U2 + כאשר מבינים "נחיתה רכה" של יונים נכנסות עם מתח פני השטח מתחת Ca.-40 V, בעוד שיעור מספר ניכר נשאר עבור 229Th2 + עד הסף של 0 V. באיור 4b, העקומה הכחולה מראה את שיעור ספירת האלקטרונים הרשומים ליונים שחולצו לאחר האצת חזקה לכיוון משטח הגלאי של MCP עם-2000 V. ההשפעה היונית של 233U2 + ו 229Th2 + יונים הוא נצפה בעוצמה שווה, כפי שכבר מוצג עבור יונים שחויבו כפליים בספקטרום ההמוני של איור 3a. העקומה האדומה מראה את אותו התרחיש, אך כעת עבור "נחיתה רכה" של יונים נכנסות עם משטח של 25 וולט ביכולת המשטח. אין אינדיקציה לאות ההשפעה יונית של 233U2 + הוא גלוי יותר, ואילו עבור 229Th2 + אות נשאר, שמקורם המרה איזואריק הפנימי ריקבון11.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig4.jpg"> איור 4 : מדידות אימות איזומר. a) 229Th2 + האות (אדום) לעומת 233U2 + (כחול) כפונקציה של מתח משטח MCP. שגיאות מסומנות ברצועות מוצללות. ב) אות של יונים שחולצו כפונקציה של יחס מסה לתשלום מאחורי QMS עבור מתח משטח MCP של-25 וולט (ריקבון איזוer, אדום) ו-2,000 V (השפעת יון, כחול). שים לב לזמני האינטגרציה ולסולמות הצירים השונים. בנוסף לאות ב 114.5 u/e (המתאים 229Th2 +), אות נוסף ב 117.5 u/e מתרחשת, אשר מקורו הריקבון איזואריק של 235u. עם אישור מהסוג של. שפרינגר מחקר11 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
כך, זה יכול להיות מוכח באופן משמעי (יחד עם ארגומנטים נוספים שניתנו Ref. 11) כי האות נצפתה באיור 4 מקורו הריקבון איזואריק של 229mTh ומייצג את הזיהוי הישיר הראשון של הריגוש של איזומר זה חמקמק.
לאחר מכן החילוץ מקוטע-השבב הופעל כמלכודת פול לינארית כדי ליצור קרן יון מחורץ, ובכך לאפשר מדידות לכל החיים של תוריום איזומר. מאז החדר שלנו טמפרטורה גבוהה ואקום אינו מאפשר פעמים אחסון ארוך מספיק כדי לחקור את תוחלת החיים צפוי הקרינה של עד 104 שניות, רק מגבלה נמוכה יותר של t1/2 > 1 דקה יכול להיות נגזר על טעונה 229mTh יונים, מוגבל על-ידי הזמן המקסימלי לאחסון השגה במלכודת הלינארית של פול11. עם זאת, באמצעות אסטרטגיית זיהוי זהה כפי שהוחל לפני הזיהוי של ריקבון איזוer לאחר ניטרול של יוני תוריום על פני השטח של גלאי MCP, החיים הצפויים הרבה יותר קצר עבור אטומי 229mנייטרלי שעברו ריקבון המרה פנימי מספק גישה מידע לכל החיים12. איור 5a מראה את הצורה הצפויה של ספקטרום הזמן דעיכה כמו מדומה לקבוצת יונים עם רוחב הדופק של 10 μs. בעוד עקומת אדום מציין את אות ההשפעה יונית ואת האות מתוך ריקבון מעריכי עם 7 μs מחצית החיים מיוצגת על ידי עקומת אפור עם זנב ריקבון ארוך, האות הצפוי מפני הריקבון של תוריום איזוer, מורכב הן ההשפעה יונית ואת e . מומחש בעיקול הכחול איור 5b מציג את תוצאת המדידה המתאימה עבור 233U3 + (אדום) ו 229Th3 + (כחול), בהתאמה. בעוד שיוני אורניום מציגים את אות ההשפעה היונית שלהם בלבד, עבור 229-תוריום באופן ברור הזנב הצפוי של ריקבון איזוer ניתן לצפות12.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig5.jpg"> איור 5 : השפעה מדומה ומוערכת של ההשפעה הטמפורלית ואת מאפייני ריקבון. a) הדמיית מאפייני זמן ריקבון איזוer של האשכולות 229Th. הסימולציה מבוססת על צורת חבורה נמדד ההנחה כי 2% יוני 229הם במדינה איזואריק עם מחצית חיים של 7 μs לאחר ניטרול. יעילות זיהוי האלקטרונים היא ההנחה הגדולה פי 25 מאשר יעילות זיהוי היונים. ב) מדידה של הריקבון איזואריק עם 229 מחורצים (m)Th3 + קרן יון (כחול). מדידה השוואתית עם 233U3 + מוצג באדום. עם אישור מהסוג של. החברה האמריקנית לפיסיקה12 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
מתאים את זנב הריקבון עם מעריכי (המתאים להתאמה ליניארית לייצוג לוגריתמי באיור 6) לבסוף התוצאות במחצית החיים של 229mהנייטרלי הרגיל של 7 (1) μs12. ערך זה יפה מסכים עם הפחתת הזמן התיאורטי צפוי החיים על ידי תשע הזמנות של סדר גודל מ-ca. 104 שניות במקרה של איזוer טעונה בשל מקדם המרה גדולה של αIC ~ 109 37.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig6.jpg"> איור 6 : להתאים 229m עקומת הדעיכה. העלילה לוגריתמית של מאפייני ריקבון הזמן עבור 229 (m)th2 + יונים (א) ו- 229(m) th3 + יונים (ב) יחד עם עקומת התאמה להחיל לחלץ את החיים מחצית איזואריק של 229mTh לאחר החיוב שילוב חוזר על משטח הגלאי של MCP. עם אישור מהסוג של. החברה האמריקנית לפיסיקה12 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</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

אנו מציגים פרוטוקול עבור הדור של isotopically מטוהר נמוך אנרגיה 229Th יון קרן ממקור 233U. קרן יון זו משמשת לגילוי ישיר של הריקבון 229mהקרקע במצב דרך ההמרה הפנימי המרה הערוץ. אנו גם למדוד את חיי ההמרה הפנימי של 229mכמו גם.

הכנת קרן Isotopically טהורה 229Th יון ללימודים של 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 ...

שיטה זו מתארת את הייצור של קרן יון תוריום-229 טהורה מבחינה איסוטופית בעקבות ריקבון אלפא של אורניום-233. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת לנו ללמוד את היונים תוריום-229 במצב אנרגיה גרעינית אנרגיה נמוכה נרגש כי הוא רלוונטי לפיתוח מועדון גרעיני. הדגמת ההליך תהיה Ines Amersdorffer, סטודנטית מהמעבדה שלנו.מקור אורניום-233 מותקן בהגדרה זו ליצירת קרן יון טהורה איסוטופית של תוריום-229. תא הוואקום פונה ונאפה כדי להתכונן לניסוי. ההתארגןות עומדת מאחורי האלקטרוניקה המשמשת לניטור ובקרה של המערכת.החוקרים אינטראקציה עם האלקטרוניקה בעיקר באמצעות מחשבים אשר גם לאסוף ולהציג את הנתונים. סכמטי חתך זה מתאר אלמנטים של המנגנון. שקול את השלבים מיצירת Isomers Thorium-229 ואת תא עצירת גז חיץ כדי לזהות אותם עם מצלמת CCD.מקור אורניום-233, 290 קילו בקרל, מייצר את גרעיני האלפא ריקבון תוריום-229, כולל 2% של איזומרים של המדינה הנרגשת הראשונה. גרעיני תוריום מהירים נמלטים מהמקור והם מתרמיים בתא עצירת גזים טהור במיוחד של אטמוספירת הליום. לאחר מכן הם נתקלים במערכת משפך חשמלית.תדר הרדיו ושדות החשמל הזרם הישירים שלו מנחים אותם לעבר זרבובית מיצוי. סילון הגז העל-קולי מהמזנון לוקח את הגרעינים לתא ואקום עם מבנה מרובע של תדר רדיו. המבנה פועל כמדריך יון, קריר יותר בחלל הפנים ופוטנציאל מלכודת מוט.בתא הוואקום הבא יש מפריד מסה מרובע כדי לבודד תוריום-229 טהור מבחינה איסוטופית במצבי טעינה ניתנים לבחירה. מערכת שלישייה-אלקטרודה עם אלקטרודות שלוש טבעות ממקדת את היונים בגלאי. אינטראקציה עם גלאי לוחית מיקרו-ערוצים, גורמת ליונים מטא-יציבים להירקב ולשחרר אלקטרונים מוכפלים ומותגלים במסך זרחן באמצעות מצלמת CCD.זהו סכמטי חתך רוחב של תא הוואקום והציוד המשויך. התחילו את הניסוי על ידי הפעלת מטהר הגז הקטליטי והמתינו 20 דקות עד שהוא יגיע לטמפרטורת ההפעלה שלו. לאחר מכן, ודא שסתום מעקף סגור לפני פתיחת גליל גז הליום.פתח את שסתום מפחית הלחץ עד שנמדד לחץ של כ- 0.5 בר. לאחר מכן, פתח את השסתום ממפחית הלחץ לצינור הגז. פתח את בקרת זרימת הגז על ידי הגדרת לחץ תא של 32 מיליבאר.לשטוף את צינורות הגז במשך כ 10 דקות. ואז לסגור את השסתום המחבר את מפחית הלחץ צינורות הגז ולחכות כמה דקות כמו הליום מוסר. לגז חיץ טוהר גבוה יותר מלא את הקריפטרפ בחנקן נוזלי.הגדר את שסתום השער בין תא גז החיץ ומשאבת הטורבו המולקולרית שלו לפעולה מרחוק, ולאחר מכן סגור את שסתום השער מרחוק. פתח את השסתום המחבר את מפחית הלחץ לצינור הגז. בשלב זה תא עצירת גז החיץ מלא בכ-30 מיליבאר של גז הליום.לחץ תא מרובע תדר הרדיו הוא כ 10 למינוס ארבעה מיליבאר. לחץ התא המפריד ההמוני המרובע הוא בערך 10 למינוס חמישה מיליבאר. כוונן את המהירות הסיבובית של משאבת הטורבו המולקולרית המחוברת לתא הוואקום RFQ כדי להגדיר לחץ סביבתי של 10 למינוס שני מיליבאר.סכמטי מעודכן זה כולל ייצוגים של הציוד הנדרש להחלת השדות החשמליים המנחים. השתמש באספקת מתח DC כדי להחיל פוטנציאל DC על מקור האורניום. לאחר מכן, הכן את מערכת אלקטרודות המשפך המפולחת.עם ספק הכוח DC ואספקת היסט DC 24 ערוצים, החל שיפוע DC פוטנציאלי של ארבעה וולט לסמטר והיסט של שלושה וולט. החל פוטנציאל DC של כשני וולט על חריר החילוץ. בצע זאת על ידי החלת פוטנציאל DC על 12 וולט מפולח תדר רדיו תדר מרובע.צור את מעבר הצבע עם אספקת היסט DC של 24 ערוצים. מתחים עבור כל אחד 12 מקטעים של quadrupole ניתן להחיל בנפרד. החל 1.8 וולט על המקטע הקרוב ביותר אל חריר החילוץ.צעד חכם, להקטין את המתחים במקטעים הבאים על ידי 0.2 וולט כדי להשיג שיפוע DC של 0.1 וולט לסמטר. עכשיו, להעסיק מחולל פונקציה ומגבר RF ליניארי להחיל תדר של כ 850 קילוהרץ, 220 וולט משרעת שיא לשיא למערכת האלקטרודה טבעת משפך. עם מחולל תדרים נוסף ושני מגברי RF, יש למרוח 880 קילוהרץ, 120 עד 250 וולט משרעת שיא לשיא לתדר רדיו החילוץ מרובע ואלקטרודה חבורה בודדת.בעת החלת מתח RF על אלקטרודות טבעת המשפך, אם גז חיץ הליום אינו טהור מספיק, ניצוצות יתרחשו בתא עצירת גז החיץ. במקרה זה, קוטע את ההליך ולבצע לאפות החוצה במשך יום כדי לקבל מחדש יעילות מיצוי מלאה. השתמש באספקת מתח DC כדי להחיל פוטנציאל של מינוס וולט אחד על אלקטרודה החילוץ של תדר רדיו החילוץ quadrupole.הגדר את מתח ההיסט של מפריד המסה המרובע למינוס שני וולט עם מודולי היסט DC. תפנה למחולל הפונקציות ומגבר RF המשויך למפריד המסה המרובע כדי להפעיל אותו. לאחר בחירת יחס המסה לטעינה וקבלת מפריד מסה מרובע להשתמש באספקת כוח ארבעה ערוצים כדי להחיל פוטנציאל על מבנה אלקטרודה שלישיית התמקדות.לאחר הגדרת השדות המנחים לעבוד עם הציוד הנדרש כדי לכוון את מפריד המסה quadrupole. התחילו בהחלת מתחים על גלאי לוחית המיקרו-ערוצית הדו-לוחית, הכולל לוחית קדמית, לוח אחורי ומסך זרחן. השתמש במודול מתח גבוה כדי להחיל פוטנציאל אטרקטיבי של 1,000 וולט שליליים על הלוח הקדמי של גלאי לוחית המיקרו-ערוצית הכפולה.עם מודול מתח גבוה שני, להחיל חיובי 900 וולט על החלק האחורי של הלוח השני של הגלאי. השתמש במודול מתח גבוה שלישי כדי להחיל 3,000 וולט חיוביים על מסך הזרחן שמאחורי גלאי לוחית המיקרו-ערוצים. הפעל את מצלמת CCD ואת הדיור הדוק לאור מאחורי מסך הזרחן ולהגדיר את פרמטרי החשיפה שלה.שימו לב לפלט המצלמה ולעור יחס התשלום המפריד בין מסת המפריד המרובע מתחת לערך הצפוי עבור Thorium-229 two plus עד שיש אות. על 10, 000 תוריום שני פלוס יון מופצים לשנייה המתאים על 3.5% יעילות מוחלטת. לאחר מציאת סריקת אות תוריום לצינור אורניום-233 בתוספת אות על ידי שוב הגדלת יחס המסה מעל תשלום.ברגע שאות התוריום נעלם, אות האורניום אמור להתבהר. הגדר את מפריד המסה quadrupole כדי לחלץ רק את תוריום-229 שני מינים פלוס יון. כאשר מפריד המסה מכוון, המשך לזהות את הריקבון האיסומרי.כבה את חיישן הלחץ של מפריד המסה המרובע כדי להפחית את הרקע מהליום ואור מיונים. התאם את פרמטרי המפריד כדי לחלץ את יון התוריום שנבחר. לאחר מכן, להפחית את פוטנציאל פני השטח של הלוח הקדמי של גלאי לוחית המיקרו ערוץ למינוס 30 וולט.החל פוטנציאל מאיץ על הלוח השני של גלאי לוחית המיקרו ערוצים, בדרך כלל 1, 900 וולט. החל פוטנציאל האצה על מסך הזרחן שמאחורי הגלאי, בדרך כלל 4,000 וולט. התחל את רצף הרכישה של תמונות CCD.שיעור הספירה מסתכם בכ-3 ספירות לשניה. אחסן את הנתונים עבור הערכת תמונה ועיבוד לאחר העיבוד. סריקת מסה זו נמצאת ביחידות של מסה אטומית מעל מטען חשמלי ומייצגת ספירות הנמדדות על פני חמש שניות.ישנן שלוש קבוצות של מינים יון שחולצו במדינות ייחודיות, כפליים טעונות. שים לב למספר היחסי של תוריום מיוחל בהשוואה לאורניום מיוחל. אותות גלאי לוחות מיקרו-תעלות אלה עבור מצבים טעונים בטריפליי של תוריום ואורניום משקפים ניסויים עם שלושה מקורות אורניום נפרדים.שני מקורות אורניום-233 בעוצמות שונות יצרו אותות ברורים לתוריום ולא לאורניום. בדיקות באמצעות מקור אורניום-234 לא הניבו אותות המספקים ראיות לכך שה אותות שנוצרו עם מקור האורניום-233 הם מתהליכי ביטול גירוי גרעיניים ולא פגז אטומי. תמונות גלאי הלוחות של המיקרו-ערוצים עבור תוריום ואורניום טעונים כפליים עולות בקנה אחד עם פרשנות זו.עבור נתונים אלה, הלוח האטרקטיבי של גלאי המיקרו-תעלות משתנה מאלקטרון המעדיף מתח מפגיעה יונית, עד לאפס וולט. יש שיעור ספירה ניכר לתוריום טעון כפליים עד לסף של אפס וולט, בניגוד לקצב הספירה של אורניום טעון כפליים. זה מספק ראיות נוספות האות הוא וריקבון של isomer הגרעיני.טכניקה זו סללה את הדרך למדידת אורך החיים ואנרגיית העירור של החזה-מייז-אימר, כמו גם למדידה של מבנה ההיפר-פין שלו. בסופו של דבר זה עלול להוביל לפיתוח של שעון גרעיני אופטי אולטרה מדויק.

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

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

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

אפיון של חומרי אלקטרודה לסוללות ליתיום יון ויון נתרן באמצעות טכניקות Synchrotron קרינה

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

מדידות התפצלות וזמינות ביולוגיות של הסביבה פלוטוניום שימוש דיפוזיה בThin 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

ייצור לתקשר ohmic בטכניקה ממוקד-אלומת יונים וחשמל אפיון לשכבת מבני ננו מוליך למחצה

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

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

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

יון ממוקדת קרן פבריקציה נוספת של Nanobatteries המבוסס על LiPON של מצב מוצק ליתיום בחיי עיר בדיקה

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

3-אלקטרודה מטבע תא הכנה וניתוח Electrodeposition עבור סוללות ליתיום

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

חד-ספרתיות ננומטר ליתוגרפיה קרינה עם תיקון סטייה סריקה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרוני

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

הכנה של גראפן נוזלי תאים התצפית של חומר סוללת ליתיום-יון

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

הפגנה של יצירת קרן שוות-עוצמה על-ידי מטאספנים דיאלקטרי

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