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

Este trabalho foi apoiado pelo programa de investigação e inovação do Horizonte 2020 da União Europeia, a Convenção de subvenção n º 664732 nuClock, de DFG Grant Th956/3-1, e pelo departamento de física médica da LMU através do laboratório Maier-Leibnitz.

Os autores não têm nada a revelar.

A escala de recoiling os núcleos da filha da deterioração do α no urânio atinge somente aproximadamente 16 nanômetro. A fim conseguir uma eficiência elevada da fonte para íons do α-recoil para uma atividade dada da fonte, é imperativo limitar a espessura do material da fonte a esta escala. A eficiência da extração do recuo do α é afetada fortemente pela limpeza da pilha do amortecedor-gás. As contaminações do gás de parada conduzirão à troca da carga ou à formação da molécula. Conseqüentemente, a pilha de gás própria tem que ser construída de acordo com padrões ultra-elevados do vácuo, no detalhe para permitir um cozimento da pilha e de evitar todos os materiais orgânicos para dentro. O gás de paragem tem de ser purificado de acordo com o estado-da-arte técnica, a partir da pureza de gás de maior grau assistida por purificação catalítica e entrega para a célula de gás através de uma linha de abastecimento de gás ultra limpa, parcialmente cercada por uma armadilha criogênica para congelar as impurezas. Em geral, o alinhamento cuidadoso do eixo central da configuração completa para a posição do bocal de extração de células de gás é essencial para alcançar uma eficiência de transporte e detecção de alta29.
O passo 1.4.5 é o mais crítico do protocolo. Para a extração eficiente do íon uma amplitude elevada do RF tem que ser aplicada ao elétrodo do anel do funil. No entanto, se a amplitude é escolhida muito alta, faíscas na célula de gás ocorrerá. A amplitude máxima de tensão de RF alcançável depende criticamente da pureza do gás tampão. Uma aplicação bem sucedida da tensão é monitorada através da corrente da tensão do offset do funil. Esta corrente aumentará no caso de faíscas. Se as faíscas ocorreram, o procedimento do Bake-out tem que ser repetido a fim garantir a eficiência a mais elevada da extração do íon.
Um ponto crítico mais adicional é a aplicação das tensões elevadas ao detetor do MCP (etapas 1.6.2-1.6.4). As emissões de campo podem ocorrer no MCP, levando à emissão de elétrons que podem levar a sinais artefactos.
A extração óptima do íon e o transporte (refrigerado e massa purified) para a unidade da deteção exigem o alinhamento cuidadoso do eixo ótico central. A disponibilidade de um sistema de alinhamento óptico (laser de alinhamento ou Teodolito) é essencial. O transporte eficiente de íons através da RFQ de extração e do QMS requer uma estabilização contínua das amplitudes de radiofrequência para as duas fases opostas aplicadas a cada par de hastes opostas29. A identificação de problemas da extração ou do transporte pode ser facilitada por um diagnóstico do íon realizado por exemplo, através de um detector do multicanal-placa coloc consecutivamente em posições diferentes ao longo do trajeto do íon durante a fase do comissionamento do configuração, ou alternativamente, por exemplo, 90o atrás do RFQ da extração com uma tensão de superfície negativa elevada (1-2 quilovolts) para atrair todos os íons extraídos para o detector.
Durante a operação tipicamente dois problemas podem surgir. Nem todas as tensões são aplicadas corretamente. Neste caso geralmente nenhuns íons são extraídos, e um tem que encontrar o lugar da tensão não corretamente aplicada. Além disso, as impurezas estão presentes no gás tampão de hélio. Neste caso a eficiência da extração para íons triplamente carregados do tório será reduzida dràstica e a formação da molécula ocorre. No pior dos casos, até mesmo as faíscas vão aparecer quando a tensão do funil é aplicada. A razão para a pureza insuficiente do gás é tipicamente um escapamento na linha de abastecimento do gás ou uma flange não corretamente fechada da pilha de parada do amortecedor-gás.
O método descrito para gerar um feixe limpo dos íons que contêm o isômero energeticamente baixo-encontrando-se do th 229mpode ser aplicado a todos os casos comparáveis onde o íon do interesse pode ser extraído da atmosfera do amortecedor-gás em quantidades considerável. A limpeza do gás-pilha e do gás do amortecedor é obrigatória, assim a quantidade de impurezas restantes do gás é uma limitação à sensibilidade do método. Quando o detector empregado da microcanaleta-placa (MCP) for baseado na deteção dos elétrons, como explorado aqui para o registo de elétrons da conversão da baixo-energia, este caso está já na beira da baixo-energia da curva da eficiência para MCPs38, enquanto para as energias mais elevadas o método iria ganhar significativamente na eficiência de detecção.
Até agora, o método descrito forneceu a única identificação direta e inequívoca relatada do deexcitation do isomer do tório. Alternativamente, os cristais ultra-violeta (VUV)-transparentes do vácuo (com grandes bandgaps, excedendo a energia suposta da excitação do isomer) são dopados com 229th. O objetivo é coloc 229th íons no estado elevado da carga (4+) de posições de cristal da estrutura, inibem o de-excitação pela grande abertura da faixa e aponta em uma excitação do isômero usando raios X das fontes claras do síncrotron. Apesar do conceito elegante desta aproximação, até agora nenhuma fluorescência VUV poderia ser observada em uma série de experiências relatadas por diversos grupos Worldwide39,40,41,42,43 . O mesmo prende para uma classe de experiências que vise realizar a excitação nuclear do isômero através da casca de elétron de 229th, usando uma transição so-called da elétron-ponte. Aqui um acoplamento ressonante entre uma transição do escudo de elétron e o isômero nuclear deve permitir uma população mais eficiente do isômero44,45. Outros experimentos que visam a investigação das propriedades isoméricas baseiam-se na microcalorimetria46 ou na observação do hiperfine-Shift no escudo atômico47. Muito recentemente um outro método para excitar o isômero em um plasma laser-induzido foi relatado48 e é sujeito à discussão científica dentro da Comunidade.
A descoberta da canaleta interna da deterioração da conversão do isômero11 do tório e a determinação da meia-vida correspondente de 229mneutro th (7 (1) μs)12 podem ser exploradas no futuro para realizar um primeiro todo-ótico excitação com um laser pulsado, ajustável de VUV baseado na tecnologia já existente. Assim o paradigma atual que este exigiria muito melhor conhecimento da energia da excitação e de um desenvolvimento personalizado correspondente do laser pode ser contornado. Ao contrário, explorando o conhecimento da emissão interna do elétron da conversão, gating a deteção de elétrons da conversão com o pulso do laser fornecerá uma relação elevado do sinal-à-fundo, ao permitir uma varredura de 1 eV da energia da excitação em menos de 3 dias49. Além disso, uma determinação da energia da excitação do isomer, ainda sendo trabalho em andamento, pode ser baseada no método descrito de gerar o feixe de 229mth emitindo elétrons da deterioração do CI em um espectrómetro do elétron do magnético-frasco com retardamento campo eletrodo grades50. A mesma técnica também permitirá determinar a vida isomérica para diferentes ambientes químicos (por exemplo, em grandes materiais de banda-Gap como CaF2 ou Argon congelado) ou em 229th+ , bem como no átomo livre, neutro.
O método descrito de gerar um feixe isotopicamente puro do íon do tório do estado da carga 3 + pode ser usado como uma ferramenta para fornecer íons do tório para experiências futuras do laser-espectroscopia. Neste caso o feixe do íon pode ser usado para carregar uma armadilha de Paul em uma maneira estável e eficiente. Até agora, o único método alternativo é produzir 229th3 + por ablação a laser a partir de um alvo sólido. Isto, entretanto, exige intensidades elevadas do laser e uma grande quantidade de 229th, que é um material radioativo caro e conduz à contaminação de componentes usados do vácuo. Por esta razão, o método descrito pode ser de vantagem significativa quando se trata de experimentos de espectroscopia a laser nuclear. Uma primeira aplicação deste tipo já foi publicada51.

O primeiro estado metaestável excitado no núcleo de Thorium-229, denotado como 229mth, exibe uma posição especial na paisagem nuclear, porque possui a mais baixa energia nuclear da excitação de todos os Estados excitados nucleares atualmente conhecidos do CA. 176.000. Quando as energias nucleares típicas variam de keV até a região de MeV , 229mth possui uma energia de abaixo de 10 EV acima do estado de terra nuclear1,2,3. O valor energético atualmente mais aceito para este estado é 7,8 (5) EV4,5. Este baixo valor energético desencadeou o interesse de diferentes comunidades físicas e levou à proposta de várias aplicações interessantes. Entre eles estão um laser nuclear6, um qubit altamente estável para a computação quântica7 e um relógio nuclear8,9.
A razão que 229mth é esperado para oferecer uma ampla variedade de aplicações baseia-se no fato de que, devido à sua extraordinária baixa energia, é o único Estado nuclear que poderia permitir a excitação de laser nuclear direto usando atualmente disponível laser Tecnologia. Até agora, entretanto, a excitação nuclear direta do laser de 229mth foi impedida pelo conhecimento insuficiente dos parâmetros do estado metaestável como sua energia e vida exatas. Embora a existência de um estado de baixa energia nuclear animado em 229th já foi conjecturado em 197610, todo o conhecimento sobre este estado só poderia ser inferido a partir de medições indiretas, não permitindo uma determinação precisa de sua deterioração Parâmetros. Esta situação mudou desde 2016, quando a primeira detecção direta da decadência de 229m, abriu a porta para uma infinidade de medições visando fixar os parâmetros do estado animado11,12. Aqui, um protocolo detalhado é fornecido, que descreve as etapas individuais exigidas para uma deteção direta de 229mth como conseguida no experimento de 2016. Esta Deteção direta fornece a base para uma determinação exata da energia e da vida do th 229me conseqüentemente para o desenvolvimento de um pulso de disparo nuclear. No seguinte o conceito de um pulso de disparo nuclear como a aplicação a mais importante para 229mth será discutido.
Com uma largura de linha relativa de ΔE/e ~ 10-20 a transição do estado-terra do isômero tório qualifica-se potencialmente como padrão de frequência nuclear (' relógio nuclear ')8,9. Devido a um núcleo atômico de cerca de 5 ordens de magnitude menor em comparação com o escudo atômico, os momentos nucleares (dipolo magnético e quadrupole elétrico) são, portanto, menores do que os de átomos, tornando um relógio nuclear em grande parte imune contra o externo perturbações (em comparação com os actuais relógios atômicos do estado da arte). Conseqüentemente, um padrão de freqüência nuclear promete uma operação altamente estável e exata do pulso de disparo. Embora a precisão alcançada no melhor presente relógios atômicos atinge cerca de 2,1 X10-1813, correspondendo a um desvio de 1 segundo em um período de tempo consideravelmente maior do que a idade do universo, relógios nucleares segurar o potencial de um mais melhoria que poderia tornar-se essencial para um vasto campo de aplicações. Sistemas de navegação baseados em satélites, como o sistema de posicionamento global (GPS), o Global Navigation Satellite System (GLONASS) ou o Galileo, operam atualmente com uma precisão de posicionamento de alguns metros. Se isso poderia ser melhorado para a escala de centímetro ou mesmo milímetro, uma infinidade de aplicações poderia ser prevista, a partir de condução autônoma de carga ou rastreamento de componentes. Além dos pulsos de disparo altamente exatos, tais sistemas exigiriam a operação ininterrupta de confiança, com estabilidade a longo prazo da tração que assegura intervalos da longo-resynchronization. O uso de relógios nucleares poderia tornar-se benéfico a partir deste ponto de vista prático. Umas aplicações práticas mais adicionais de (redes sincronizadas de) pulsos de disparo nucleares podiam encontrar-se no campo do Geodésia relativística14, onde o pulso de disparo actua como um sensor da gravidade 3D, relacionando diferenças potenciais gravitacionais locais Δu a medido (relativo) diferenças de frequência de clock ΔF/f através da relação ΔF/f =-ΔU/c2 (c denelando a velocidade da luz). Os melhores relógios atuais são capazes de detectar mudanças gravitacionais de diferenças de altura de cerca de ± 2 cm. Assim, medições ultraprecisas usando uma rede de relógio nuclear podem ser usadas para monitorar a dinâmica de câmaras de magma vulcânicas ou movimentos de placas tectônicas15. Além disso, o uso de tais redes de relógio foi proposto como uma ferramenta para procurar a classe teoricamente descrita de matéria escura topológica16. A discussão extensiva pode ser encontrada na literatura na aplicação de um relógio nuclear de 229mth-baseado na busca para a deteção de variações temporais potenciais de constantes fundamentais como o α constante da estrutura fina ou a interação forte parâmetro (mq/δQCD, com mq representando a massa quark e δQCD o parâmetro de escala da forte interação), sugerido em algumas teorias Unificando a gravidade com outras interações17. A deteção de uma variação temporal na energia de transição do Terra-estado de 229mth pode fornecer uma sensibilidade aumentada por aproximadamente 2-5 ordens de magnitude para variações temporais da constante da estrutura fina ou do parâmetro forte da interação 18,19,20,21,22,23,24,25,26. O limite experimental atual para tal variação de α atinge (dα/DT)/α =-0.7 (2.1) 10-17/ano27. No seguinte a aproximação experimental para a deteção direta da deterioração do Terra-estado do th 229mserá descrita.
Evidências para a existência do isômero 229-tório até recentemente só poderiam ser inferidas a partir de medições indiretas, sugerindo uma energia de excitação de 7,8 (5) eV (equivalente a um comprimento de onda na faixa espectral de vácuo ultravioleta de 160 (11) nm)4 , 5. nossa abordagem experimental, visando uma identificação direta da Desexcitação do estado-terra isomérica do isômero 229mth, baseia-se em uma separação espacial da população isômero em uma célula de parada de gás tampão, seguida de uma extração, e o transporte separado em massa para uma unidade de detecção adequada para registrar os produtos de deexcitação28,29. Assim a população e o deexcitation do isômero podem ser disentangled, tendo por resultado um ambiente limpo da medida, não afetado por contribuições de fundo alerta. A população do isômero é conseguida através da deterioração α de uma fonte radioativa de 233U, onde uma filial da deterioração de 2% não prossegue diretamente ao estado à terra de 229th, mas preenche o primeiro estado excitado isômeros preferivelmente. os núcleos do recuo da α-deterioração são termolizada em uma atmosfera ultra-pura do hélio de uma pilha de parada do amortecedor-gás, antes de ser guiado por radiofrequência elétrica (RF) e por campos da corrente contínua (c.c.) para um bocal da extração, onde o jato supersônico emergente arrasta los em uma câmara de vácuo adjacente, abrigando uma (segmentada) a estrutura Quadrupole da radiofrequência (RFQ) que actua como o guia do íon, o refrigerador do fase-espaço e potencial também como a armadilha linear de Paul para ajuntar os íons extraídos. Para obter uma descrição detalhada da célula de parada de gás tampão e extração RFQ, consulte refs. 30 anos de , 31 de dezembro , 32. Since até esse momento o feixe extraído do íon contem além do que 229 (m)th também a corrente de produtos da filha da deterioração do α, separação maciça é executada usando um separador maciço do Quadrupole (QMS) em uma câmara de vácuo subseqüente para finalmente gere um feixe isotopicamente puro de 229 (m)th em Estados de carga selecionável (q = 1-3). Uma descrição detalhada do QMS pode ser encontrada em refs. 33 , 34. a detecção da deterioração isomérica foi alcançada por meio da colisão dos íons th diretamente na superfície de um detector de placas de MICROCANAIS (MCP), onde os elétrons são liberados, acelerados em direção a uma tela de fósforo e visualizados por um dispositivo acoplado a carga (CCD) Câmera. Uma visão geral da configuração experimental é mostrada na Figura 1. Uma descrição detalhada é dada em ref.35.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig1.jpg"> Figura 1: visão geral da configuração experimental. O isômero Thorium-229 é preenchido através do ramo de deterioração de 2% na deterioração α de urânio-233. 229m de Th íons, deixando a fonte 233U devido à sua energia cinética de recolhimento, são termalized em uma célula de parada de gás tampão preenchido com gás de hélio de 30 mbar. Os íons são extraídos do volume de parada com a ajuda para campos do RF e da C.C. e um feixe do íon da baixo-energia é dado forma com a ajuda de um Quadrupole da rádio-freqüência (RFQ). O feixe do íon é massa-purified com a ajuda de um Quadrupole-Mass-Separator (QMS) e os íons são implantados macia na superfície de um detector da micro-canaleta-placa (MCP) combinado com uma tela do fósforo que permita a deteção espacialmente resolvida de alguns sinais de ocorrência. Com a permissão amável da pesquisa de Springer, este número foi modificado de11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
O seguinte protocolo descreve o procedimento subjacente para gerar o feixe do íon do th de 229 (m)que permitiu a primeira Deteção direta da deterioração do Terra-estado do isomer do tório, assim colocando a Fundação para estudar suas propriedades da deterioração como um pré-requisito do controlo todo-óptico, em última análise, deste estado nuclear exótico para a sua aplicação como um padrão de frequência nuclear ultrapreciso. Para uma melhor orientação, uma visão geral esquemática da configuração utilizada para a detecção direta da deterioração isomérica11 é fornecida na Figura 2, contendo uma rotulagem numérica dos componentes abordados no seguinte protocolo. Também os componentes usados para a determinação da vida útil12 são contidos como um Inset.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig2.jpg"> Figura 2: esboço esquemático da configuração experimental usada para detecção de decaimento isomérico. Os componentes usados para medição vitalícia são mostrados como um embutido. Os componentes individuais que serão referenciados na seção de protocolo são numericamente rotulados. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</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

Uma metodologia é descrita para gerar um feixe de íon 229th isotopicamente puro nos Estados de carga 2 + e 3 +. Este feixe do íon permite que um investigue o estado excitado primeiro isomérico baixo-encontrando-se de 229th em uma energia da excitação de aproximadamente 7.8 (5) EV e uma vida radiativa de até 104 segundos. O método apresentado permitiu uma primeira identificação direta da deterioração do isômero do tório, colocando as fundações para estudar suas propriedades da deterioração como o pré-requisito para um controle ótico desta transição nuclear. Os íons da alta energia 229th são produzidos na deterioração do α de uma fonte radioativa de 233U. Os íons são termalized em uma pilha de parada do amortecedor-gás, extraído e subseqüentemente um feixe do íon é dado forma. Este feixe de íons é massa purificada por um separador de massa quadrupolar para gerar um feixe de íons puros. A fim de detectar a deterioração isomérica, os íons são coletados na superfície de um detector de placas de microcanais, onde os elétrons, como emitidos na decadência de conversão interna do estado isomérico, são observados.

O método descrito antes permitido para a extração de produtos da deterioração do α de uma fonte de 233U coloc dentro de uma pilha de parada do amortecedor-gás, operado no gás ultra-puro do hélio de CA. 30 mbar na temperatura ambiente. Para a primeira vez até os íons carregados triplamente podiam ser extraídos de tal dispositivo com eficiência elevada29. A Figura 3a exibe o espectro de massa de íons extraídos da célula tampão-gás, mostrando três grupos de 233U α-produtos de decaimento (além dos adutos de contaminação que acompanham) em Estados iônicos isolados, duplamente e triplamente. Notável é o domínio de 229th3 + extração em comparação com 233U3 +, enquanto ambas as espécies são extraídas com cerca de igual intensidade quando sendo duplamente carregada. Este fato foi utilizado para medições comparativas com íons 233U, o que permitiu a exclusão de qualquer impacto iônico como origem do sinal.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig3.jpg"> Figura 3 : Identificação da deterioração direta do isômero do 229-tório. a) verificação de massa completa realizada com a fonte 233U 129. As unidades são dadas como a massa atômica (u) sobre a carga elétrica (e). b) comparação dos sinais de MCP obtidos durante o acúmulo de tório e urânio nos Estados de carga 2 + e 3 + (conforme indicado pelas setas que ligam à varredura em massa). 233 Você e as fontes 234U foram usadas (o número de fonte é dado no lado direito de cada fileira). Cada imagem corresponde a uma medição individual do tempo de integração de 2.000 s (abertura de 20 mm de diâmetro indicada pelo círculo tracejado). As medições foram realizadas na tensão superficial de-25 V MCP, a fim de garantir o pouso suave dos íons. c) sinal do 229th decaimento isomérico obtido durante 229th3 + extração com fonte 1. Um diâmetro da área do sinal de aproximadamente 2 milímetros (FWHM) é conseguido. A intensidade máxima obtida do sinal é 0, 8 contagens/(s milímetro2) em uma taxa do fundo de aproximadamente 0, 1 contagens/(s milímetro2). Com permissão amável de Springer pesquisa 11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Após o transporte, resfriamento e separação de massa, o feixe de íons colide sobre a superfície de um detector de placa de microcanal, onde um baixo potencial de superfície atraente garante a supressão de sinais de impacto iônicos e deixa apenas elétrons resultantes do interno Conversão (IC) canal de deterioração do 229mth isômero a ser multiplicado no campo elétrico forte dos canais de placa do detector. Os sinais de MCP resultantes obtidos para três fontes de urânio diferentes são apresentados na Figura 3B. A espécie de íon de íons duplamente ou triplamente carregados que foi selecionado com a ajuda do separador de massa Quadrupole em cada medida individual é indicada pelas setas do painel superior. São mostrados os retratos adquiridos com a câmera do CCD atrás da tela do fósforo, em que os elétrons do MCP foram acelerados. O campo de visão da câmera CCD é indicado pelos círculos tracejados para triplamente (duas primeiras colunas) e duplamente carregada (duas últimas colunas) 229th e 233U íons, respectivamente. A linha superior representa o resultado obtido para uma pequena área 233U fonte (ca. 1000 extraído 229th3 + íons por segundo, fonte 1), enquanto a linha inferior mostra o mesmo para uma fonte mais forte com ca. 10.000 extraído 229th3 + íons por segundo (fonte 3). É óbvio que em ambos os casos um sinal desobstruído é obtido para 229th, quando nenhuma indicação de um sinal do elétron for observada para 233U 11. A fim provar que este sinal origina certamente de um deexcitation nuclear e não de um processo atômico da casca, a fileira média mostra a imagem resultante da câmera ao usar uma fonte de 234U, onde a deterioração do α preenche o isótopo vizinho 230 Th, com uma estrutura nuclear comparável e ainda diferente. Como esperado para 230th, nenhuma indicação de um sinal do elétron da conversão é encontrada em alguns dos casos estudados. Assim, o sinal forte, exibido na Figura 3C com excelente relação sinal-fundo, está claramente correlacionado com a deterioração de 229mth.
As medições de verificação adicionais para suportar essa interpretação são mostradas na Figura 4. Eles mostram duas medidas para dar mais evidências de que os sinais de elétrons registrados realmente se originam da deterioração do isômero nuclear: na figura 4a mostra-se que o potencial de superfície atrativo do detector MCP foi variado de-100 V ( favorecendo a ocorrência de elétrons de impacto iônico) até 0 V, comparando as taxas de contagem registradas com o MCP para 229th2 + (vermelho) e 233U2 + íons (azul). Claramente a taxa de contagem cai para baixo a zero para 233U2 + ao realizar uma "aterragem macia" dos íons entrantes com uma tensão de superfície abaixo de CA.-40 V, quando uma taxa de contagem considerável permanecer para 229th2 + até o limiar de 0 V. Na Figura 4B, a curva azul mostra a taxa de contagem de elétrons registrada para íons extraídos após forte aceleração para a superfície do detector MCP com-2000 V. impacto iônico de 233U2 + e 229th2 + íons é observado com aproximadamente igual intensidade, como já demonstrado para íons duplamente carregados no espectro de massa extraído da Figura 3a. A curva vermelha mostra o mesmo cenário, no entanto agora para um "pouso suave" de íons de entrada com-25 V potencial de superfície MCP. Nenhuma indicação do sinal iónico do impacto de 233U2 + é visível any more, quando para 229th2 + um sinal remanesce, originando da deterioração interna isômeros da conversão11.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig4.jpg"> Figura 4 : Medições de verificação de decaimento do isômero. a) 229th2 + Signal (vermelho) comparado a 233U2 + (azul) em função da tensão superficial do MCP. Os erros são indicados por bandas sombreadas. b) sinal de íons extraídos em função da relação massa-carga por trás do QMS para tensões de superfície MCP de-25 V (decaimento do isômero, vermelho) e-2.000 V (impacto do íon, azul). Observe os diferentes tempos de integração e escalas de eixo. Além do sinal em 114,5 u/e (correspondendo a 229th2 +), um sinal mais adicional em 117,5 u/e ocorre, que origina da deterioração isômeros de 235u. Com permissão amável de Springer pesquisa11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Assim, pode ser provado inequivocamente (juntamente com argumentos adicionais dados na Ref. 11) que o sinal observado na Figura 4 origina-se da deterioração isomérica de 229mth e representa a primeira identificação direta do Desexcitação deste isômero elusivo.
Subseqüentemente o extração-RFQ segmentado foi operado como uma armadilha linear de Paul para criar um feixe de íon ajuntado, assim permitindo medidas da vida do isomer do tório. Desde que nosso vácuo elevado da quarto-temperatura não permite tempos de armazenamento suficientemente longos investigar a vida radiativa esperada de até 104 segundos, somente um limite mais baixo de t1/2 > 1 minuto poderia ser derivado para o th carregado 229m os íons, limitados pelo tempo de armazenamento máximo alcançável do íon na armadilha linear11de Paul. No entanto, usando a mesma estratégia de detecção aplicada antes para a identificação do decaimento do isômero após a neutralização dos íons tório na superfície de um detector de MCP, a expectativa de vida muito mais curta para átomos neutros de 229mth submetidos a deterioração interna da conversão fornece o acesso às informações da vida12. A Figura 5a mostra a forma esperada do espectro de tempo de decomposição como simulada para um bando de íons com uma largura de pulso de 10 μs. Enquanto a curva vermelha indica o sinal de impacto iônico e o sinal de uma decadência exponencial com meia-vida de 7 μs é representado pela curva cinzenta com uma cauda de decaimento longo, o sinal esperado da deterioração do isômero do tório, composto tanto pelo impacto iônico quanto pelo e a deterioração isomérica xponential, é ilustrada pela curva azul. A Figura 5b exibe o resultado da medida correspondente para 233U3 + (vermelho) e 229th3 + (azul), respectivamente. Quando os íons de urânio exibirem somente seu sinal iónico do impacto, para 229-tório claramente a cauda esperada da deterioração da deterioração do isômero pode ser observada12.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig5.jpg"> Figura 5 : Características de impacto e decaimento do íon temporal simulado e medido. a) simulação das características do tempo de decaimento do isômero dos cachos 229th. A simulação é baseada em uma forma medida do grupo e na suposição que 2% dos íons 229th estão no estado isomérico com uma meia-vida de 7 μs após a neutralização. A eficiência da deteção do elétron é supor para ser 25 vezes maior do que a eficiência da deteção do íon. b) medida da deterioração isomérica com um feixe de íon de 229 (m)th3 + (azul). Uma medida comparativa com 233U3 + é mostrada em vermelho. Com permissão amável da sociedade física americana12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A montagem da cauda de deterioração com um exponencial (correspondente a um ajuste linear à representação logarítmica na Figura 6) finalmente resulta em uma meia-vida do isômero neutro 229mth de 7 (1) μs12. Este valor concorda muito bem com a redução da vida teoricamente esperada por nove ordens de magnitude da CA. 104 segundos no caso do isômero cobrado devido ao grande coeficiente de conversão de αIC ~ 109 37.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58516/58516fig6.jpg"> Figura 6 : Ajuste a 229m Th curva de decadência. Parcela logarítmica das características de deterioração temporal para 229 (m)th2 + íons (a) e 229(m) th3 + íons (b) juntamente com uma curva de ajuste aplicada para extrair a meia-vida isomérica de 229mth Após recombinação de carga em a superfície do detector MCP. Com permissão amável da sociedade física americana12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58516/58516fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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

Nós apresentamos um protocolo para a geração de um feixe de íon de baixa energia isotopicamente purificado de 229th de uma fonte de U 233. Este feixe do íon é usado para a deteção direta da deterioração do Terra-estado do th 229matravés da canaleta da deterioração da interno-conversão. Nós igualmente medimos o tempo de vida interno da conversão de 229mth também.

Preparando um feixe de íon 229th isotopicamente puro para estudos de 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 ...

Este método descreve a produção de um feixe de ion tório isototicamente puro-229 após a decomposição alfa do Urânio-233. A principal vantagem desta técnica é que ela nos permite estudar íons de tório-229 em um estado de baixa energia nuclear animado que é relevante para o desenvolvimento de clubes nucleares. Demonstrando o procedimento estará Ines Amersdorffer, uma aluna do nosso laboratório.Uma fonte de urânio-233 é montada nesta configuração para criar um feixe de íons tório isototicamente puro-229. A câmara de vácuo foi evacuada e assada para se preparar para o experimento. A configuração está atrás dos eletrônicos usados para monitorar e controlar o sistema.Os pesquisadores interagem com a eletrônica principalmente através de computadores que também coletam e exibem os dados. Este esquema de corte retrata elementos do aparelho. Considere os passos desde a geração dos isômeros tório-229 e da célula de parada de gás tampão até detectá-los com uma câmera CCD.Um Becquerel de 290 quilos, grande área de urânio-233, produz os núcleos de decaimento alfa tório-229, incluindo 2% dos isômeros do estado de primeira. Núcleos de tórios rápidos escapam da fonte e são termelécidos em uma célula de parada de gás tampão de hélio ultra-pura. Em seguida, eles encontram um sistema de funil elétrico.Sua frequência de rádio e campos elétricos de corrente direta os guiam em direção a um bocal de extração. O jato de gás supersônico do bocal leva os núcleos para uma câmara de vácuo com uma estrutura de quadrupole de radiofrequência. A estrutura funciona como um guia de íons, face space cooler e potencialmente uma armadilha de polo.A próxima câmara de vácuo tem um separador de massa quadrupole para isolar isototicamente puro tório-229 em estados de carga selecionáveis. Um sistema de eletrodos triódicos com eletrodos de três anéis concentra os íons no detector. A interação com um detector de placas de micro canais, faz com que íons meta estáveis decadamem e liberem elétrons que são multiplicados e detectados em uma tela de fósforo com a câmera CCD.Este é um esquema transversal da câmara de vácuo e equipamento associado. Comece o experimento iniciando o purificador de gás catalítico e esperando 20 minutos para que ele atinja sua temperatura de operação. Em seguida, certifique-se de que a válvula de desvio está fechada antes de abrir o cilindro de gás hélio.Abra a válvula redutora de pressão até medir uma pressão de cerca de 0,5 bar. Em seguida, abra a válvula do redutor de pressão para a tubulação de gás. Abra o controle de fluxo de gás estabelecendo uma pressão celular de 32 milibar.Lave a tubulação de gás por cerca de 10 minutos. Em seguida, feche a válvula que conecta o redutor de pressão à tubulação de gás e espere alguns minutos à medida que o hélio é removido. Para maior pureza-tampão de gás encher o criotrap com nitrogênio líquido.Coloque a válvula do portão entre a célula de gás tampão e sua bomba molecular turbo para operação remota e feche a válvula do portão remotamente. Abra a válvula que conecta o redutor de pressão ao tubo de gás. Neste ponto, a célula de parada de gás tampão está cheia com cerca de 30 milibais de gás hélio.A pressão da câmara quadrupole de radiofrequência é de aproximadamente 10 a menos quatro milibar. A pressão da câmara de separação de massa quadrupole é de cerca de 10 a menos cinco milibares. Ajuste a velocidade rotativa da bomba molecular turbo presa à câmara de vácuo RFQ para definir uma pressão ambiente de 10 a menos dois milibarbares.Este esquema atualizado inclui representações dos equipamentos necessários para a aplicação dos campos elétricos orientadores. Use um suprimento de tensão DC para aplicar um potencial DC à fonte de urânio. Em seguida, prepare o sistema de eletrodos de funil segmentado.Com a fonte de alimentação DC e uma fonte de deslocamento DC de 24 canais, aplique um gradiente potencial DC de quatro volts por centímetro e um deslocamento de três volts. Aplique um potencial DC de cerca de dois volts no bocal de extração. Siga isso aplicando os potenciais DC ao quadrupole de radiofrequência de extração segmentada de 12 volts.Crie o gradiente com a fonte de deslocamento DC de 24 canais. As tensões para cada um dos 12 segmentos do quadrupole podem ser aplicadas individualmente. Aplique 1,8 volts ao segmento mais próximo do bocal de extração.Passo a passo, diminua as tensões nos segmentos subsequentes em 0,2 volts para alcançar um gradiente DC de 0,1 volts por centímetro. Agora, empregue um gerador de função e um amplificador rf linear para aplicar uma frequência de cerca de 850 quilohertz, 220 volts de amplitude de pico a pico para o sistema de eletrodos do anel de funil. Com outro gerador de frequência e dois amplificadores rf, aplique um 880 kilohertz, 120 a 250 volts de amplitude de pico a pico para o quadrupole de radiofrequência de extração e o eletrodo de agrupamento individual.Ao aplicar a tensão rf nos eletrodos do anel do funil, se o gás tampão de hélio não for suficientemente puro, as faíscas ocorrerão na célula de parada de gás tampão. Neste caso, interrompe o procedimento e realiza o bake-out por um dia para obter a eficiência total da extração. Use um suprimento de tensão DC para aplicar um potencial de menos um volt ao eletrodo de extração do quadrupole de radiofrequência de extração.Defina a tensão de deslocamento do separador de massa quadrupole para menos dois volts com módulos de deslocamento DC. Vire para o gerador de função e amplificador RF associado ao separador de massa quadrupole para iniciá-lo. Depois de selecionar a relação massa para carga e a aceitação do separador de massa quadrupole use uma fonte de alimentação de quatro canais para aplicar potenciais à estrutura de eletrodos triodódicos focalizado.Após a configuração dos campos de orientação, trabalhe com o equipamento necessário para ajustar o separador de massa quadrupole. Comece aplicando tensões no detector de placa micro de placa dupla, que tem uma placa frontal, uma placa traseira e uma tela de fósforo. Use um módulo de alta tensão para aplicar um potencial atraente de 1.000 volts negativos à placa frontal do detector de placa micro-canal de placa dupla.Com um segundo módulo de alta tensão, aplique 900 volts positivos na parte traseira da segunda placa do detector. Use um terceiro módulo de alta tensão para aplicar 3.000 volts positivos na tela de fósforo atrás do detector de placas de micro canais. Ligue a câmera CCD e a caixa leve atrás da tela de fósforo e configure seus parâmetros de exposição.Observe a saída da câmera e a pele da relação de sobrecarga de massa do separador de massa quadrupole abaixo do valor esperado para tório-229 dois mais até que haja um sinal. Cerca de 10.000 íons tórios são extraídos por segundo, correspondendo a cerca de 3,5% de eficiência total. Depois de encontrar a varredura de sinal de Tório para o tubo de urânio-233 mais sinal, aumentando novamente a massa sobre a taxa de carga.Uma vez que o sinal de Tório desaparece, o sinal de urânio deve se tornar evidente. Defina o separador de massa quadrupole para extrair apenas as duas espécies de íons de tório-tório. Com o separador de massa sintonizado, continue detectando a decadência isomeric.Desligue o sensor de pressão do separador de massa quadrupole para reduzir o fundo do hélio ionizado e da luz. Ajuste os parâmetros do separador para extrair o íon tório escolhido. Em seguida, reduza o potencial superficial da placa frontal do detector de placas de micro canal para menos 30 volts.Aplique um potencial acelerado na segunda placa do detector de placas de micro canais, tipicamente de 1.900 volts. Aplique um potencial acelerado na tela de fósforo atrás do detector, tipicamente 4.000 volts. Inicie a sequência de aquisição de imagens CCD.A taxa de contagem equivale a cerca de três contagens por segundo. Armazene os dados para avaliação de imagens e pós-processamento. Esta varredura em massa está em unidades de massa atômica sobre carga elétrica e representa contagens medidas ao longo de cinco segundos.Existem três grupos de espécies de íons extraídos em estados carregados de forma singida, dupla e triply. Observe o número relativo de tório ionizado triply comparado ao urânio ionizado triply. Estes sinais de detector de placas de micro canais para estados triply carregados de Tório e Urânio refletem experimentos com três fontes separadas de urânio.Duas fontes de urânio-233 de diferentes forças produziram sinais claros para tório e não para urânio. Testes usando uma fonte de Urânio-234 não produziram sinais que fornecem evidências de que os sinais gerados com a fonte urânio-233 são de des excitação nuclear e não de processos de conchas atômicas. As imagens do detector de placas de micro canais para tório e urânio duplamente carregados são consistentes com essa interpretação.Para esses dados, a placa atraente do detector de micro canais varia de elétrons favoráveis à tensão a partir do impacto iônico, até zero volts. Há uma taxa considerável de contagem para tório duplamente carregado até o limiar de zero volts, ao contrário da taxa de contagem de urânio duplamente carregado. Isso fornece mais evidências de que o sinal é de decadência do isômero nuclear.Esta técnica abriu caminho para a medição da energia vitalícia e excitação do thory-myz-imer, bem como para uma medição de sua estrutura hiperfina. Em última análise, pode levar ao desenvolvimento de um relógio nuclear óptico ultra-preciso.

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

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