Preparing an Isotopically Pure <sup>229</sup>Th Ion Beam for Studies of <sup>229m</sup>Th

Lars von der Wense; Benedict Seiferle; Ines Amersdorffer; Peter G. Thirolf

doi:10.3791/58516

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Engineering

إعداد شعاع ايون نقي ²²⁹للدراسات من ^229mال

Published: May 03, 2019

doi:

10.3791/58516

Lars von der Wense¹, Benedict Seiferle¹, Ines Amersdorffer¹, Peter G. Thirolf¹

¹Faculty of Physics,Ludwig-Maximilians-Universität München

Summary

نقدم بروتوكولا لتوليد شعاع منخفض الطاقة تنقية متساوي موضعي ²²⁹Th أيون من مصدر^{U 233.} يتم استخدام هذا شعاع أيون للكشف المباشر من ^{الاضمحلال 229m}Th الأرض الدولة عن طريق قناة الاضمحلال التحويل الداخلي. ونحن أيضا قياس عمر التحويل الداخلي من ^229mTh كذلك.

Abstract

يتم وصف منهجية لتوليد شعاع أيون نقي ة ²²⁹في الدول 2+ و 3+ تهمة. هذا شعاع أيون تمكن المرء من التحقيق في حالة isomeric المنخفضة متحمس الأول من ²²⁹Th في طاقة الإثارة من حوالي 7.8 (5) eV وعمر مشع تصل إلى 10⁴ ثانية. وسمحت الطريقة المعروضة بتحديد مباشر لأول مرة لتسوس أيزومر الثوريوم، ووضع الأسس لدراسة خصائصه الاضمحلالية كشرط مسبق للتحكم البصري في هذا التحول النووي. يتم إنتاج الطاقة العالية ²²⁹Th الأيونات في الاضمحلال α من مصدر ²³³U المشعة. يتم حرارية الأيونات في خلية توقف الغاز العازل، المستخرجة ويتم تشكيل شعاع أيون في وقت لاحق. يتم تنقية شعاع أيون هذا من قبل فاصل كتلة رباعية لتوليد شعاع أيون نقي. من أجل الكشف عن الاضمحلال الإيسومري، يتم جمع الأيونات على سطح كاشف لوحة القناة الدقيقة، حيث يتم ملاحظة الإلكترونات، كما تنبعث في اضمحلال التحويل الداخلي للحالة الإيسومرية.

Introduction

أول دولة ميتامستقرة متحمس في نواة الثوريوم-229، يشار إليها باسم ^229mTh، يظهر مكانة خاصة في المشهد النووي، كما أنها تمتلك أدنى طاقة الإثارة النووية من جميع الدول المعروفة حاليا ca. 176،000 النووية متحمس. في حين أن الطاقات النووية النموذجية تتراوح من keV تصل إلى منطقة MeV، ^229mTh تمتلك طاقة أقل من 10 eV فوق الدولة الأرضية النووية^1،^2،³. قيمة الطاقة الأكثر قبولا حاليا لهذه الدولة هي 7.8 (5) eV⁴^،⁵. وقد أثارت هذه القيمة المنخفضة للطاقة اهتمام مختلف المجتمعات المادية وأدت إلى اقتراح عدة تطبيقات مثيرة للاهتمام. ومن بينها ليزر نووي⁶، قبيت مستقر للغاية للحوسبة الكمية⁷ وساعة نووية⁸^،⁹.

ويستند السبب في أن ^229mTh لتقديم مجموعة واسعة من التطبيقات على حقيقة أنه، بسبب انخفاض الطاقة غير عادية، هي الدولة النووية الوحيدة التي يمكن أن تسمح للإثارة الليزر النووي المباشر باستخدام الليزر المتاحة حاليا التكنولوجيا. حتى الآن، ومع ذلك، تم منع الإثارة الليزر النووي المباشر من ^229mTh بسبب عدم كفاية المعرفة من المعلمات الدولة metastable مثل طاقتها الدقيقة والعمر. على الرغم من أن وجود حالة نووية متحمسة من الطاقة المنخفضة في ²²⁹Th كان محدوسبالفعل في عام 1976¹⁰، كل المعرفة حول هذه الدولة لا يمكن استنتاجها إلا من القياسات غير المباشرة ، وعدم السماح لتحديد دقيق لاضمحلالها معلمات. وقد تغير هذا الوضع منذ عام 2016، عندما فتح الكشف المباشر الأول عن الاضمحلال ^{Th 229m}الباب لعدد كبير من القياسات التي تهدف إلى تثبيت أسفل المعلمات الدولة متحمس¹¹^،¹². هنا، يتم توفير بروتوكول مفصل، الذي يصف الخطوات الفردية المطلوبة للكشف المباشر عن ^229mTh كما تم تحقيقها في تجربة عام 2016. ويوفر هذا الكشف المباشر الأساس لتحديد دقيق للطاقة والعمر الـ ²²⁹متر، وبالتالي لتطوير ساعة نووية. في التالي سيتم مناقشة مفهوم الساعة النووية كأهم تطبيق ^ل229mTh.

مع عرض خط نسبي من ΔE / E ~ 10^-20انتقال الدولة الأرضية من أيزومر الثوريوم يحتمل أن يؤهل كمعيار تردد نووي (‘ساعة نووية’)⁸^،⁹. بسبب نواة ذرية حوالي 5 أوامر من حجم أصغر بالمقارنة مع قذيفة الذرية، واللحظات النووية (ثنائي القطب المغناطيسي ورباعية الكهربائية) هي وفقا لذلك أصغر من تلك الموجودة في الذرات، مما يجعل ساعة نووية محصنة إلى حد كبير ضد الخارجية الاضطرابات (بالمقارنة مع الساعات الذرية للدولة من بين الفن الحالي). ولذلك، فإن معيار التردد النووي يعد بعملية على مدار الساعة مستقرة ودقيقة للغاية. على الرغم من أن الدقة التي تحققت في أفضل الساعات الذرية الحالية تصل إلى حوالي 2.1×10^-18¹³، المقابلة لانحراف 1 ثانية في فترة زمنية أطول بكثير من عمر الكون ، والساعات النووية تحمل إمكانات مزيد من التحسين الذي يمكن أن تصبح ضرورية لمجال واسع من التطبيقات. وتعمل حاليا النظم الملاحية الساتلية مثل النظام العالمي لتحديد المواقع أو النظام العالمي لسواتل الملاحة (GLONASS) أو غاليليو بدقة لتحديد المواقع تبلغ بضعة أمتار. وإذا أمكن تحسين ذلك إلى مقياس سنتيمتر أو حتى ملليمتر، يمكن توخي عدد كبير من التطبيقات، من القيادة الذاتية إلى الشحن أو تتبع المكونات. وإلى جانب الساعات الدقيقة للغاية، تتطلب هذه النظم تشغيلاً موثوقاً به دون انقطاع، مع استقرار الانجراف الطويل الأجل الذي يؤمن فترات إعادة التزامن الطويلة. واستخدام الساعات النووية يمكن أن يكون مفيدا من وجهة النظر العملية هذه. تطبيقات عمليّة بعيدة من (يربط شبكة من) ساعات نوويّة استطاع كنت في المجال من نسبيّة جيوديسيا¹⁴, حيث الساعة يعمل ك [3د] جاذبيّة محسّ, يربط محلّية جاذبيّة إحتمال فروق [Δ] إلى يقاس (نسبيّة) فروق تردد الساعة Δf/f عبر العلاقة Δf/f=-ΔU/c²(c تدل على سرعة الضوء). أفضل الساعات الحالية قادرة على استشعار التحولات الجاذبية من الاختلافات الارتفاع من حوالي ± 2 سم. وهكذا، يمكن استخدام قياسات فائقة الدقة باستخدام شبكة ساعة نووية لرصد ديناميات غرف الصهارة البركانية أو حركات الصفائح التكتونية¹⁵. وعلاوة على ذلك، اقترح استخدام شبكات الساعة هذه كأداة للبحث عن فئة من المادة المظلمة الطوبولوجية الموصوفة نظريا¹⁶. يمكن الاطلاع على مناقشة مستفيضة في المؤلفات حول تطبيق ساعة نووية ^229mTh القائم في السعي للكشف عن الاختلافات الزمنية المحتملة من الثوابت الأساسية مثل الهيكل الدقيق ثابت α أو التفاعل القوي المعلمة (م_س/ Δ_QCD،مع م_س تمثل كتلة كوارك وΔ_QCD المعلمة مقياس التفاعل القوي)، واقترح في بعض النظريات توحيد الجاذبية مع التفاعلات الأخرى^17. الكشف عن اختلاف زمني في الطاقة الانتقالية للدولة الأرضية من ^229mTh قد توفر حساسية معززة بحوالي 2-5 أوامر من الحجم للاختلافات الزمنية للبنية الدقيقة ثابتة أو معلمة^{التفاعل قوية 18}^،¹⁹^،²⁰^،²¹^،²²^،²³^،²⁴^،²⁵^،^26. ويبلغ الحد التجريبي الحالي لهذا الاختلاف من α إلى (dα/dt)/α=0.7(2.1)10-17/سنة^27. في التالي سيتم وصف النهج التجريبي للكشف المباشر عن الاضمحلال في الدولة الأرضية ^229mTh.

الأدلة على وجود أيزومر الثوريوم 229 حتى وقت قريب لا يمكن الاستدلال عليها إلا من القياسات غير المباشرة، مما يشير إلى طاقة إثارة قدرها 7.8 (5) eV (ما يعادل الطول الموجي في النطاق الطيفي للبنفسج البصري الفراغي من 160 (11) نانومتر)⁴ ^, ^5.نهجنا التجريبي، الذي يهدف إلى تحديد مباشر للديزومر الأرضي الإيسومري الذي يبلغ طوله ²²⁹متراً، يبني على فصل مكاني لتجمعات أيزومر في خلية توقف الغاز العازل، تليها عملية استخراج، والنقل الجماعي المفصول نحو وحدة كشف مناسبة لتسجيل منتجات الإثارة^28،^29. وهكذا يمكن فصل السكان وإزالة الأيزومر، مما يؤدي إلى بيئة قياس نظيفة، لا تتأثر بمساهمات الخلفية الفورية. يتم تحقيق السكان من أيزومر عن طريق الاضمحلال α من مصدر ²³³U المشعة، حيث فرع الاضمحلال 2٪ العائدات ليس مباشرة إلى حالة الأرض من ²²⁹Th، ولكن يملأ الدولة الأيسومرية متحمس الأول بدلا من ذلك. يتم حرارية ننوي الارتداد α-decay في جو الهليوم النقي جدا ً من خلية توقف الغاز العازل، قبل أن تسترشد بالترددات الراديوية الكهربائية (RF) وحقول التيار المباشر (DC) نحو فوهة استخراج، حيث تسحب طائرة الغاز الأسرع من الصوت الناشئة هم داخل مجاورة فراغ غرفة, يؤوي (مجزأة) تردد لاسلكيّ رباعيّة ([رفك]) بنية يتصرّف كمأيّة مرشدة, [فس-سبس] برودة ويحتمل أيضا بما أنّ خطيّة بول مصيدة ل يحزّد ال يستخرج أيونات. للحصول على وصف مفصل لخلية إيقاف الغاز العازلة واستخراج RFQ راجع الحكام. ³⁰ ^, ³¹ ^, ^32.منذ تلك اللحظة يحتوي شعاع الأيون المستخرج بالإضافة إلى ^{229 (م)}Th أيضا سلسلة من المنتجات α الاضمحلال ابنة، يتم إجراء فصل كتلة باستخدام فاصل كتلة رباعية (QMS) في غرفة فراغ لاحقة إلى أخيرا توليد نقية isotopically ^{229 (م)}شعاع ال في حالات تهمة للاختيار (س = 1-3). يمكن العثور على وصف مفصل لـ QMS في Refs. ³³ ^, ^34-وقد تحقق الكشف عن الاضمحلال الإيسومري عن طريق اختراق الأيونات الـ Th مباشرة على سطح كاشف الصفائح الدقيقة (MCP)، حيث يتم تحرير الإلكترونات وتسارعها نحو شاشة الفوسفور وعرضها بواسطة جهاز مقترن بالشحن (CCD) الكاميرا. وترد نظرة عامة على الإعداد التجريبي في الشكل 1. ويرد وصف مفصل في المرجع^35.

الشكل 1: نظرة عامة على الإعداد التجريبي. يتم ملء أيزومر الثوريوم-229 عن طريق فرع الاضمحلال 2٪ في اضمحلال ألفا من اليورانيوم-233. ^{229 متر مربع} يتم حرارية الأيونات، تاركة مصدر ^{U 233}بسبب طاقتها الحركية، في خلية توقف الغاز العازل المملوءة بغاز الهليوم 30 مبار. يتم استخراج الأيونات من حجم التوقف مع مساعدة لحقول الترددات اللاسلكية وDC ويتم تشكيل شعاع أيون منخفض الطاقة بمساعدة رباعي الترددات الراديوية (RFQ). يتم تنقية شعاع أيون بمساعدة فاصل الكتلة الرباعية (QMS) ويتم زرع الأيونات بهدوء في سطح كاشف لوحة القناة الدقيقة (MCP) جنبا إلى جنب مع شاشة الفوسفور الذي يسمح للكشف عن أي حل مكاني لأي إشارات تحدث. مع إذن نوع من البحوث سبرينغر، وقد تم تعديل هذا الرقم من¹¹. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يصف البروتوكول التالي الإجراء الأساسي لتوليد شعاع الأيون ^{229 (م)}الذي مكن من الكشف المباشر الأول عن اضمحلال الدولة الأرضية لايزومر الثوريوم، وبالتالي وضع الأساس لدراسة خصائصه الاضمحلال ية باعتبارها شرط مسبق للرقابة البصرية الشاملة المتوخاة في نهاية المطاف لهذه الدولة النووية الغريبة نحو تطبيقها كمعيار تردد نووي دقيق للغاية. وللحصول على توجيه أفضل، ترد في الشكل 2نظرة عامة تخطيطية عن الإعداد المستخدم للكشف المباشر عن الاضمحلال الإيسومري^11، الذي يحتوي على وسم رقمي للمكونات التي يتناولها البروتوكول التالي. كما يتم تضمين المكونات المستخدمة لتحديد مدى الحياة¹² كبداية.

الشكل 2: رسم تخطيطي للإعداد التجريبي المستخدم للكشف عن الاضمحلال الإيسومري. يتم عرض المكونات المستخدمة لقياس مدى الحياة كمدخول. وتوضع علامات عددية على المكونات الفردية التي سيتم الرجوع إليها في قسم البروتوكول. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

ملاحظة: ستشير الأرقام الواردة في البروتوكول إلى الشكل 2 1. الكشف المباشر عن الاضمحلال الإيسومري Th-229 تركيب مصدر اليورانيوم 233 قم بتركيب مصدر α 233-اليورانيوم (1) من خلال فتحة شفة الوصول في غرفة فراغ خلية الغاز إلى الطرف المنبع من نظام قطب حلقة القمع (2) داخل خلية الغاز (3).ملاحظة: تم إنتاج 290 كيلو BQ، قطرها 90 مم 233U المصدر عن طريق الطلاء الجزيئي على رقاقة سي التيتانيوم تلعثم36. [إين وردر تو] حقّقت [أ] مثلى [ركل-نك] فعالية من المصدر, سماكة ه سوفت لا يتجاوز 16 [نم], يكون ال يتوقّف مدى من 84 [كيف] 229[ث] في يورانيوم. قم بتوصيل الكبل بجبل المصدر للسماح بإزاحة DC للمصدر. إغلاق وختم شفة الوصول وربط الأسلاك الخارجية إلى مصدر U 233. إخلاء غرفة فراغ وخبز بها بدء إخلاء نظام الفراغ الكامل عن طريق بدء تشغيل مضخة فراغ الخشونة (4) إذا تم إيقاف التشغيل (التي يتم التحكم فيها عن طريق واجهة مستخدم قائمة على الكمبيوتر (5)) وفتح الصمامات الثلاثة (التي تعمل باليد) (6) التي تربط الأجزاء الفردية من الضخ التفاضلي مراحل لمضخة الخشونة.ملاحظة: ابدأ بفتح الصمامات من غرف المصب من خلية الغاز مع صمام بوابة مفتوحة (7) نحو المضخة الجزيئية توربو من خلية الغاز لخلق تدرج الضغط الذي يمنع التلوث المحتمل من غرف المصب ليتم امتصاصها في غرفة الغاز الخلية حيث يطلب أعلى النظافة. وبمجرد أن تصل الضغوط إلى مستوى في نطاق المابار الفرعي (يُقرأ عبر واجهة المستخدم (5)) تبدأ المضخات التوربينية لخلية الغاز (8)، ورباعي الترددات الراديوية (RFQ) (RFQ) (9) وفاصل الكتلة الرباعي (QMS) (10). (اختياري) افتح الصمام الالتفافي (11) للسماح أيضًا بإخلاء أنابيب الإمداد بالغاز بكفاءة. استمر في الضخ لبضع ساعات (4-5) حتى تصل إلى ضغط التشبع، عادة في نطاق منخفض 10-7 مبار. بدء تشغيل نظام الخبز (12) عبر واجهة المستخدم (5) مع ارتفاع (عادة 20 درجة مئوية – 40 درجة مئوية في الساعة) منحنى التدفئة إلى حد أقصى من 130 درجة مئوية. الحفاظ على الخبز نظام فراغ في 130 درجة مئوية لمدة 1-2 أيام حتى تبدأ قراءات الضغط في الانخفاض. بدء تسلسل التبريد من نظام الخبز عبر واجهة المستخدم (5) مع تسلسل downramping، وعادة 20 درجة مئوية – 40 درجة مئوية في الساعة.ملاحظة: تهدئة النظام عادة ً يتطلب 8 ساعات ويتم تنفيذ بين عشية وضحاها. يتم تحقيق الإعداد الناجح لنظام فراغ عندما ضغط الخلية النهائي بعد تبريد نطاقات أقل من 5×10-10 mbar. وستكون الضغوط في غرفة RFQ وQMS في نطاق 10-9 مبار و 10-8 مبار، على التوالي. قم بتوصيل الأسلاك الخارجية بغرفة فراغ RFQ. إعداد نظام الغاز وتوريد فائقة نقية هو ابدأ جهاز تنقية الغاز MonoTorr (13) وانتظر 20 دقيقة حتى تصل درجة حرارة التشغيل. أغلق الصمام الالتفافي (11) إذا كان مفتوحاً. فتح اسطوانة الغاز (14) (هو من 99.9999٪ النقاء يستخدم للتشغيل). افتح صمام مخفض الضغط (15) حتى يظهر ضغط حوالي 0.5 بار. افتح الصمام الذي يربط مخفض الضغط بأنابيب الغاز (16). افتح التحكم في تدفق الغاز (17) حتى يظهر تدفق غاز يبلغ حوالي 1.1 (يقابل حوالي 5 مبار لتر/ث). اغسل أنابيب الغاز لمدة 10 دقائق لإزالة الغازات المتبقية من الأنابيب. أغلق الصمام الذي يربط مخفض الضغط بأنابيب الغاز (16). انتظر بضع دقائق حتى يتم إزالته من أنابيب الغاز. (اختياري) للحصول على أعلى نقاء من الغاز العازلة، وملء فخ التبريد (18) مع النيتروجين السائل. تعيين صمام البوابة (7) بين خلية الغاز العازلة ومضخة الجزيئية توربو للتشغيل التلقائي وإغلاق صمام عبر واجهة المستخدم (5). افتح الصمام الذي يربط مخفض الضغط بأنابيب الغاز (16).ملاحظة: يتم الآن تعبئة خلية وقف الغاز العازلة مع حوالي 30 mbar من الغاز He. وبهذه الطريقة يتم رفع ضغوط RFQ وQMS إلى 10-4 مبار و 10-5 مبار على التوالي. ضبط السرعة الدوارة للمضخة توربو الجزيئية من غرفة فراغ استخراج RFQ (9) إلى 50٪ من أجل تعيين الضغط المحيط من حوالي 10-2 مبار. تطبيق الحقول التوجيهية الكهربائية لاستخراج أيون مستمر تطبيق إمكانية DC على مصدر α 233-اليورانيوم (1) من 39 V في الوضع المستمر عن طريق إمدادات الجهد DC مخصصة (19). تطبيق تدرج DC المحتملة من 4 V / سم (تتراوح بين 35 V إلى 3 V) عن طريق إمدادات الطاقة DC (20) وإزاحة الجهد من 3 V عن طريق 24 قناة DC إزاحة العرض (21) إلى 50 أضعاف قمع مقسم كهربائي نظام حلقة كهربائية. يتم التحكم في جميع الفولتية مع واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5). تطبيق إمكانية DC عادة 2 V إلى قطب فوهة استخراج (22) مع مساعدة من نفس واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5). تطبيق تدرج DC المحتملة إلى 12 أضعاف استخراج-RFQ مجزأة (27).ملاحظة: يمكن تطبيق الجهد من كل قطعة بشكل فردي مع مساعدة من واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5) عبر 24 قناة DC إزاحة العرض (21). يتم تطبيق الجهد من 1.8 V على الجزء الأقرب إلى فوهة الاستخراج. ثم يتم تقليل الفولتية من القطاعات اللاحقة خطوة بخطوة بنسبة 0.2 فولت، مما أدى إلى جهد 0 V تطبيقها على الجزء RFQ 10. يتوافق هذا مع تدرج DC من 0.1 V/cm. في حالة النقل المستمر المقصود من الأيونات المستخرجة يتم تطبيق الجهد من 0 V على الجزأين 11 و 12 RFQ. لهذا الغرض يتم ترك إمدادات الجهد العاصمة من الجزء 12ال RFQ (23) في 0 V ويتم تعيين وحدة الزناد المخصصة (24) إلى وضع التشغيل المستمر. تطبيق تردد الترددات اللاسلكية والسعة على نظام قطب حلقة قمع عن طريق مولد وظيفة (25) والخطي RF مكبر للصوت (26).ملاحظة: القيم النموذجية للتردد والسعة هي 850 كيلوهرتز و 220Vpp، على التوالي. يمكن التحكم في الفولتية مع واجهة مستخدم قائمة على الكمبيوتر (5). أثناء تطبيق الجهد قمع الترددات اللاسلكية، ومراقبة التيار من قمع العاصمة إزاحة العرض (21). في حالة الشرر، والتي يمكن أن تحدث إذا نقاء الغاز العازل غير كافية، فإن هذا التيار سوف تبدأ في الزيادة. تطبيق تردد الترددات اللاسلكية (عادة 880 كيلو هرتز) والسعة (عادة 120-250 Vpp)لاستخراج رباعي الترددات الراديوية (27) (استخراج-RFQ) عن طريق مولد تردد (28) واثنين من مكبرات الصوت RF (29، 30)، واحد لRFQ واحد للفرد تجمع القطب الكهربائي. ويمكن التحكم في الجهد مع واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5). تطبيق إمكانات العاصمة من -1 V إلى القطب الخروج (31) من استخراج-RFQ عن طريق Mesytec MHV-4 DC امدادات الجهد (32). تطبيق الفولتية إزاحة DC إلى فاصل كتلة رباعي (33) (QMS). يتم اختيار الجهد الإزاحة من QMS (القطب المركزي وعدسات بروبيكر) ليكون -2 V عن طريق وحدات إزاحة العاصمة حسب الطلب (34,35). بدء تشغيل فاصل كتلة quadrupole (33) QMS عن طريق التبديل على مولد وظيفة QMS (36) مكبر الصوت RF (37) وبدء واجهة المستخدم QMS (38). وفي واجهة مستخدم نظام إدارة الجودة، تُدرج نسبة الإفراط في الشحن من الأنواع الأيونية المختارة (عادة 76 u/e أو 114.5 u/e، لاستخراج الـTh 3+ أو Th2+على التوالي). أيضا يتم إدراج قبول QMS (عادة 1 إلى 2 u/e) وتردد الترددات اللاسلكية (عادة 825 كيلو هرتز).ملاحظة: سيتم تطبيق برنامج Labview تلقائياً والتحكم في سعة RF وإمكانات DC المطلوبة لتحديد أيون. وتتراوح سعة الترددات الراديوية المطلوبة من 600 إلى 1500فولت في البوصة وتتراوح إمكانات العاصمة من 50 فولت إلى 120 فولت. يتم إنشاء إمكانات DC للفصل الكتلي بواسطة وحدة DC مخصصة (39). يتم تنفيذ حلقة التغذية المرتدة لتثبيت الجهد الترددات اللاسلكية وDC. تطبيق إمكانات العاصمة على هيكل القطب الثلاثي التركيز (40) وراء QMS (-2 V / – 62 V / -22 V) عن طريق Mesytec 4 قناة (MHV-4) وحدة إمدادات الجهد (32). التحقيق في استخراج أيون ولحن QMS تطبيق إمكانات سطح جذابة من -1000 V على اللوحة الأمامية من لوحة مزدوجة (شيفرون الهندسة) كاشف لوحة ميكروتشانل (41) (MCP) عن طريق الجهد العالي (HV)-وحدة (42). تطبيق إمكانية +900 V على الجانب الخلفي من لوحة MCP الثانية عن طريق وحدة HV (43). تطبيق إمكانية +5,000 V على شاشة الفوسفور (44) وضعت وراء كاشف MCP عن طريق وحدة HV (45). قم بتشغيل كاميرا CCD (46) خلف شاشة الفوسفور وتكوين معلمات التعرض لكاميرا CCD في واجهة المستخدم الرسومية المقابلة على جهاز الكمبيوتر الخاص بالحصول على البيانات (47).ملاحظة: يتم وضع كاميرا CCD في السكن محكم الضوء (48) لتغطية الكشف عن الضوء المحيط. في حالة أن الاستخراج يعمل بشكل صحيح والأيونات تمر من خلال QMS إشارة قوية يجب أن تكون مرئية على شاشة الفوسفور الناجمة عن التأثير الأيوني للأيونات المستخرجة. يتم الآن رصد هذه الإشارة بواسطة كاميرا CCD. إجراء مسح جماعي للتحقيق في شكل الإشارة وبالتالي ضبط QMS لاستخراج الأنواع الأيون ية المطلوبة.ملاحظة: هذا إجراء تكراري يتم تنفيذه بمساعدة واجهة مستخدم QMS (38). حدد نسبة الكتلة الزائدة عن الحاجة المطلوبة (عادة ً 114.5 u/e لـ 229Th2+) وطاقة حل QMS (عادةً 1 u/e)، ثم تحقق في إشارة التأثير الأيوني عبر كاميرا CCD. قم بإزاحة الكتلة المحددة في خطوات 0.5 u/e حتى يتم ملاحظة إشارة. بمجرد ملاحظة إشارة، التحقيق إذا كان أيضا إشارة 233U2 + يمكن ملاحظتها عن طريق تحويل كتلة أكثر من تهمة نسبة بنسبة 2 ش / ه إلى الجماهير أعلى. إذا لوحظت هذه الإشارة أيضًا، فتحقق إذا كان من العلب فصل الإشارات. إذا لم يكن هذا هو الحال، تكييف QMS حل الطاقة حتى 229Th2+ و 233U2+ يمكن تمييزها بوضوح. ثم تعيين QMS لاستخراج فقط 229Th2 + أيون الأنواع. الكشف عن الاضمحلال الإيسومري قم بإيقاف تشغيل مستشعر الضغط QMS (49) عبر وحدة التحكم في مستشعر الضغط (50) من أجل تقليل الخلفية من الهليوم المأين والضوء الذي ينتجه جهاز الاستشعار. ضبط معلمات QMS لاستخراج Th2+ أو Th3+ أيون الأنواع للكشف عن الاضمحلال الإيسومري. تقليل الإمكانات السطحية لللوحة الأمامية للكشف MCP (41) إلى -25 V عبر (42) من أجل تجنب الكشف عن إشارة من الإلكترونات الناشئة مباشرة من التأثير الأيوني للأيونات المندفعة. وبهذه الطريقة يتم تحقيق “هبوط لينة” من الأيونات Th 229 (م)على سطح MCP قبل الاضمحلال الإيسومري. تطبيق إمكانية التسارع عادة +1,900 V إلى لوحة MCP الثانية لتضخيم الإلكترون الأمثل عن طريق (43). تطبيق إمكانية متسارعة من +6,000 V عادة على شاشة الفوسفور الموضوعة خلف كاشف MCP عبر (45).ملاحظة: سوف تعتمد الفولتية المطبقة فعلياً على أداء MCP. بدء تسلسل الحصول على صور CCD وتخزين البيانات على القرص عن طريق واجهة المستخدم الكاميرا (47). استخدم برامج Matlab لتقييم الصورة ومعالجة ما بعدها.ملاحظة: يمكن العثور على وصف للبرامج وكيفية استخدامها في التذييل باء-3 من المرجع35. وقد أتيحت البيانات الأولية لإطارات الصور وكذلك البرامج المستخدمة للتقييم على الإنترنت على الرقم DOI 10.5281/zenodo.1037981. 2. قياس 229m Th نصف العمر (إعادة ترتيب الإعداد) إيقاف وتنفيس النظام. قم بإيقاف الفولتية العالية لنظام الكشف MCP (42,43,45)، وQMS (37,38)، ونظام القمع (25,26) وRFQ للاستخراج (28,29,30). (اختياري) إيقاف تشغيل جميع الفولتية DC المتبقية. إغلاق يدويا نظام العرض انه (صمامات 14 و 16) والانتظار حتى يتم تخفيض ضغط خلية وقف الغاز العازلة إلى أقل من 2 مبار. افتح صمام البوابة الذي يربط المضخة التوربينية بخلية إيقاف الغاز العازلة (7) عبر واجهة المستخدم (5) وانتظر حتى تتم إزالته بالكامل من النظام. إغلاق صمام (17) من خط إمدادات الغاز وإيقاف تنقية الغاز (13). تعيين صمام البوابة (7) إلى التشغيل اليدوي من أجل منعها من إغلاق عندما يتم تنفيس النظام مع النيتروجين الجاف. أغلق الصمامات الثلاثة التي تربط المضخات التوربينية بمضخة الخشونة (6) وقم بإيقاف تشغيل المضخات التوربينية الثلاث (8,9,10). قم بتشغيل مستشعر ضغط QMS (49). انتظر حتى يتم تقليل سرعة دوران المضخات التوربينية إلى أقل بكثير من 100 هرتز كما يتم رصدها على واجهة المستخدم (5). املأ الديوار (51) بالنيتروجين السائل وافتح صمام التنفيس (52) ببطء. انتظر عدة دقائق حتى يتم تنفيس النظام بالكامل مع النيتروجين الجاف.ملاحظة: بدلا من ذلك، يمكن استخدام النيتروجين الجاف من اسطوانة غاز. ولكن في هذه الحالة، يجب توخي الحذر من عدم حدوث ضغط ضغط الزائد (علىسبيل المثال، عن طريق إدخال صمام الضغط الزائد أو قرص تمزق). استخدام الهواء هو أيضا بديل ولكن سوف يؤدي إلى أوقات إجلاء أطول قليلا بسبب الرطوبة. أغلق صمام التنفيس (52). استبدال MCP بشاشة الفوسفور (41,44) بواسطة كاشف MCP صغير أحادي الأنود (53) افصل وأزال كاميرا CCD (46) مع السكن محكم الضوء (48). افصل كاشف MCP بشاشة الفوسفور (41,44). فتح شفة فراغ الذي يربط MCP وشاشة الفوسفور مع غرفة فراغ. ضع MCP أحادي الأنود (53) مع مسافة قليلة مم خلف مخرج نظام استخراج الثلاثية (40) وقم بتوصيل الأسلاك الثلاثة التي تربط اللوحة الأمامية (42) واللوحة الخلفية (43) والعقد من MCP (54) مع الأعلاف الكهربائية. إغلاق غرفة فراغ، والنظام هو الآن على استعداد للإجلاء وخبز بها. توفير الأسلاك الخارجية من MCP الأنود واحد إلى وحدات HV ونظام القراءة. إخلاء النظام وخبز بها إخلاء نظام فراغ باتباع الخطوات 1.2.1 إلى 1.2.3. اتبع إجراء الخبز من الخطوات 1.2.4 إلى 1.2.8. إعداد أنابيب الغاز وتوريد فائقة نقية هو اتبع الخطوات 1.3.1 إلى 1.3.12.ملاحظة: بالنسبة لعملية الوضع المجمعة، عادة ما نقوم بتشغيل مضخة RFQ توربو بسرعة دوران 100%، مما يؤدي إلى ضغط في نطاق10-4 مبار. تطبيق حقول التوجيه الكهربائي لتجمع أيون تطبيق إمكانية DC من 69 V إلى مصدر α 233-اليورانيوم (1) عن طريق إمدادات الجهد DC المخصصة (19). تطبيق التدرج المحتمل DC من 4 V / سم (تتراوح بين 65 V إلى 33 V) عن طريق إمدادات الطاقة DC (20) وإزاحة الجهد من 33 V عن طريق 24 قناة DC إزاحة العرض (21) إلى 50 أضعاف قمع مقسم كهربائي نظام حلقة. يتم التحكم في جميع الفولتية مع واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5). تطبيق إمكانية DC من 32 V إلى قطب فوهة استخراج (22) مع مساعدة من نفس واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5). تطبيق تدرج DC المحتملة إلى 12 أضعاف استخراج-RFQ مجزأة.ملاحظة: يمكن تطبيق الجهد من كل قطعة بشكل فردي مع مساعدة من واجهة المستخدم المستندة إلى الكمبيوتر (5) عبر 24 قناة DC إزاحة العرض (21). يتم تطبيق الجهد من 31.8 V على الجزء الأقرب إلى فوهة الاستخراج. ثم يتم تقليل الفولتية من القطاعات اللاحقة خطوة بخطوة بنسبة 0.2 فولت، مما أدى إلى جهد 30 فولت مطبق على الجزء RFQ العاشر. يتوافق هذا مع تدرج DC من 0.1 V/cm. في حالة إنشاء شعاع مجمعة يتم تخزين الأيونات وتبريدها في القطب 11. لذلك، يتم تعيين القطب 11 th إلى 25 V ويتم رفع الجزء RFQ الماضي إلى 44 V عن طريق إمدادات الجهد DC (23) لتراكم الأيونات في دلو المحتملة المحلية قبل الإفراج عن حزمة أيون عن طريق خفض الجزء الكهربائي الأخير إلى 0 V في غضون ميكروثانية ، التي يتم تشغيلها بواسطة وحدة مشغل مخصصة (24). تعيين الوحدة النمطية المشغل (24) إلى وضع مجموعة. تسمح الوحدة النمطية للمشغل بتعديل معدل المشغل والتوقيت. عادة، يتم اختيار 10 هرتز كمعدل المشغل. تطبيق الفولتية المتبقية على النظام، باتباع الخطوات 1.4.5 إلى 1.4.10. التحقيق في استخراج أيون ولحن QMS قم بإيقاف تشغيل مستشعر الضغط QMS (49) عبر وحدة التحكم في مستشعر الضغط (50) من أجل تقليل الخلفية من الهليوم المأين والضوء الذي ينتجه جهاز الاستشعار. تطبيق إمكانات سطح جذابة من -2000 V على اللوحة الأمامية من MCP الأنود واحد (52) عن طريق وحدة HV (42). تطبيق إمكانية -100 V على الجانب الخلفي من MCP. تم تعيين الأنود MCP على الأرض. قم بتشغيل وحدة إمداد الطاقة 12 فولت (55) لمضخم MCP المسبق (56).ملاحظة: يتم الآن حساب أيونات مفردة تُشتعد على كاشف MCP بمساعدة مزيج من مكبر الصوت المسبق (56) ومكبر للصوت (57) وجهاز تحديد الكسر الثابت (CFD) (58). يتم إرسال إشارة CFD إلى بطاقة الحصول على البيانات (DAQ) من جهاز الكمبيوتر المستخدم للتحكم في نظام إدارة البيانات ويمكن رصدها من خلال واجهة مستخدم QMS (38). إجراء مسح جماعي للتحقيق في شكل الإشارة وبالتالي ضبط QMS لاستخراج الأنواع الأيون ية المطلوبة.ملاحظة: يتم ذلك بمساعدة واجهة مستخدم QMS (38). ولهذا الغرض، يتم تحديد نسبة أولية ونهائية لزيادة الشحن (علىسبيل المثال، 110 u/e إلى 120 u/e للنطاق الشامل 229Th2+ )، فضلاً عن قوة الحل (علىسبيل المثال، 1 u/e) ووقت التكامل (5 ق) لكل خطوة مسح والكتلة يتم بدء الفحص عن طريق الضغط على زر المسح الضوئي. في حالة تشغيل الاستخراج بشكل صحيح ومرور الأيونات QMS، سوف تكون إشارات قوية من الثوريوم واليورانيوم مرئية بسبب التأثير الأيوني للأيونات المستخرجة. قياس مدى الحياة ضبط معلمات QMS لاستخراج Th2+ أو Th3+ أيون الأنواع للكشف عن الاضمحلال الإيسومري. تقليل الإمكانات السطحية لللوحة الأمامية للكشف MCP (52) إلى -25 V عبر (42) من أجل تقليل إشارة التأثير الأيوني. تطبيق إمكانية التسارع عادة +1,900 V إلى لوحة MCP الثانية لتضخيم الإلكترون الأمثل عن طريق (43). تطبيق إمكانية متسارعة من +2,100 فولت عادة إلى الأنود MCP عبر (53). بدء الحصول على البيانات عن طريق مقياس القنوات الدقيقة (59).ملاحظة: يسمح مكبر الصوت المسبق (56) ومقياس القناة الدقيقة (59) بقراءة الوقت لكاشف MCP. يتم تشغيل عناقيد أيون ومقياس القناة الدقيقة على حد سواء من قبل وحدة الزناد (24). يتم الحصول على إشارة المقياس عن طريق واجهة مستخدم Labview (60). يصبح ذيل الاضمحلال الأسي لعمر حوالي 10 ميكروثانية مرئيًا بعد عناقيد الأيون، المقابلة للإنحلال الأيسموري الثوريوم.

Representative Results

الطريقة الموصوفة من قبل المسموح بها لاستخراج منتجات الاضمحلال α من مصدر U 233وضعت داخل خلية وقف الغاز العازلة، تعمل في حوالي 30 مبار غاز الهليوم النقي جدا في درجة حرارة الغرفة. لأول مرة حتى الأيونات المشحونة بشكل ثلاثي يمكن استخراجها من مثل هذا الجهاز مع كفاءة عالية29. ويعرض الشكل 3أ الطيف الكتلي للأيونات المستخرجة من خلية الغاز العازلة، الذي يبين ثلاث مجموعات من 233منتجاً من منتجات الاضمحلال ألفا (بالإضافة إلى القنوات الملوثة المصاحبة) في حالات أيونية مشحونة بالغناء ومضاعفة وثلاثية. جدير بالذكر هو هيمنة 229ال3+ استخراج مقارنة مع 233U3+، في حين يتم استخراج كلا النوعين مع حوالي كثافة متساوية عندما يتم شحنها بشكل مضاعف. وقد استخدمت هذه الحقيقة في القياسات المقارنة مع 233أيونات U، مما سمح باستبعاد أي تأثير أيوني كأصل إشارة. الشكل 3 تحديد الاضمحلال المباشر لايزومر 229-الثوريوم. أ) مسح شامل كامل أجريت مع مصدر 233U 129. أعطيت وحدات ككتلة ذرّيّة ([ش]) على حشوة كهربائيّة ([ه]). ب) مقارنة إشارات MCP التي تم الحصول عليها أثناء تراكم الثوريوم واليورانيوم في دول الشحن 2+ و3+ (كما هو مبين في الأسهم التي تربط بالمسح الشامل). 233 تم استخدام مصادر U و234(يتم إعطاء رقم المصدر على الجانب الأيمن من كل صف). وتتطابق كل صورة مع قياس فردي يبلغ 2000 s وقت التكامل (فتحة قطرها 20 مم تشير إليها الدائرة المتقطعة). أجريت قياسات في -25 V MCP الجهد السطحي من أجل ضمان الهبوط لينة من الأيونات. ج) إشارة من الاضمحلال الإيسومري 229التي تم الحصول عليها خلال 229Th3+ استخراج مع مصدر 1. يتم تحقيق قطر منطقة إشارة حوالي 2 مم (FWHM). الحد الأقصى لشدة الإشارة الذي تم الحصولعليه هو 0.08 عدد/(ق مم 2) بمعدل خلفية يبلغ حوالي 0.01 حساب /(ق مم2). مع إذن نوع من سبرينغر البحوث 11. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. بعد النقل والتبريد وفصل الكتلة، وشعاع أيون يصطدم على سطح كاشف لوحة microchannel، حيث قدرة سطح جذابة منخفضة يضمن قمع إشارات التأثير الأيوني ويترك الإلكترونات فقط الناشئة عن الداخلية تحويل (IC) قناة الاضمحلال من 229mTh ايزومر أن تتضاعف في المجال الكهربائي القوي من قنوات لوحة للكشف. وترد إشارات MCP الناتجة عن ذلك كما تم الحصول عليها لثلاثة مصادر مختلفة لليورانيوم في الشكل 3ب. يشار إلى الأنواع الأيونات من الأيونات المشحونة بشكل مضاعف أو ثلاثي التي تم اختيارها بمساعدة فاصل الكتلة الرباعية في كل قياس فردي بواسطة الأسهم من اللوحة العليا. تظهر الصور التي تم الحصول عليها مع كاميرا CCD وراء شاشة الفوسفور، والتي تم تسريع الإلكترونات من MCP. يشار إلى مجال رؤية كاميرا CCD من خلال الدوائر متقطعة لtriply (أول عمودين) وشحن تتضاعف (آخر عمودين) 229Th و 233U الأيونات، على التوالي. يمثل الصف العلوي النتيجة التي تم الحصول عليها لمصدر 233U منطقة صغيرة (حوالي 1000 المستخرجة 229Th3+ أيونات في الثانية، المصدر 1)، في حين أن الصف السفلي يظهر نفسه لمصدر أقوى مع حوالي 10،000 المستخرجة 229Th3+ الأيونات في الثانية (المصدر 3). ومن الواضح أنه في كلتا الحالتين يتم الحصول على إشارة واضحة ل229Th، في حين لا يلاحظ أي إشارة إلكترون ل 233U 11. من أجل إثبات أن هذه الإشارة تنشأ بالفعل من الإثارة النووية وليس من عملية قذيفة ذرية، يظهر الصف الأوسط صورة الكاميرا الناتجة عند استخدام مصدر U 234،حيث يؤسس α يملأ النظير المجاور 230 Th، مع هيكل نووي إلكتروني مماثل، ولكن مختلفة. كما هو متوقع ل 230Th، لم يتم العثور على أي إشارة تحويل الإلكترون في أي من الحالات التي تمت دراستها. وبالتالي فإن الإشارة القوية، المعروضة في الشكل 3c مع نسبة ممتازة من الإشارة إلى الخلفية، ترتبط بوضوح مع اضمحلال 229mTh. وترد قياسات تحقق إضافية لدعم هذا التفسير في الشكل4. وهي تبين قياسين لتقديم مزيد من الأدلة على أن إشارات الإلكترون المسجلة تنشأ بالفعل من اضمحلال أيزومر نووي: في الشكل 4أ تبين أن الإمكانات السطحية الجذابة للكشف MCP كانت متنوعة من -100 فولت ( تفضيل حدوث الإلكترونات من تأثير الأيونية) وصولا الى 0 V، مقارنة معدلات العد المسجلة مع MCP لاستخراج 229Th2+ (الأحمر) و 233U2 + أيونات (الأزرق). ومن الواضح أن معدل العد ينخفض إلى الصفر ل233U2+ عند تحقيق ‘هبوط لينة’ من الأيونات الواردة مع الجهد السطحي تحت كاليفورنيا -40 V، في حين يبقى معدل العد كبيرة ل 229ال2+ حتى عتبة 0 V. في الشكل 4ب، يظهر المنحنى الأزرق معدل عدد الإلكترون المسجل للأيونات المستخرجة بعد تسارع قوي نحو سطح كاشف MCP مع -2000 V. تأثير أيوني من 233U2+ و 229Th2+ أيونات ويلاحظ مع حوالي كثافة متساوية، كما هو مبين بالفعل للأيونات المشحونة بشكل مضاعف في الطيف الشامل المستخرج من الشكل 3a. يظهر المنحنى الأحمر نفس السيناريو، ولكن الآن ل “هبوط لينة” من الأيونات الواردة مع -25 V MCP المحتملة السطحية. لا يوجد إشارة تأثير الأيونية من 233U2+ مرئية بعد الآن، في حين أن ل 229Th2+ إشارة لا تزال، الناشئة من الاضمحلال التحويل الداخلي isomeric11. الشكل 4 قياسات التحقق من اضمحلال الأيزومر. أ) 229Th2+ إشارة (الأحمر) مقارنة مع 233U2+ (الأزرق) كدالة للجهد السطحي MCP. تتم الإشارة إلى الأخطاء بواسطة نطاقات مظللة. ب) إشارة الأيونات المستخرجة كدالة لنسبة الكتلة إلى الشحنة وراء نظام إدارة الجودة للفولتية السطحية MCP من -25 V (تسوس أيزومر، أحمر) و-2000 فولت (تأثير أيون، أزرق). لاحظ أوقات التكامل المختلفة ومقاييس المحور. بالإضافة إلى الإشارة عند 114.5 u/e (المقابلة إلى 229Th2+)، تحدث إشارة أخرى عند 117.5 u/e، والتي تنشأ من الاضمحلال الإيسومري لـ 235U. مع إذن نوع من سبرينغر البحوث11. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. وهكذا، يمكن إثبات بشكل لا لبس فيه (جنبا إلى جنب مع الحجج الإضافية الواردة في المرجع 11)أن الإشارة الملاحظة في الشكل 4 تنشأ من الاضمحلال الإيسومري من 229mTh ويمثل أول تعريف مباشر لل الإثارة من هذا ايزومر بعيد المنال. وفي وقت لاحق، تم تشغيل الاستخراج-RFQ المجزأ كفخ خطي لبول لإنشاء شعاع أيون مجمع، مما يسمح بإجراء قياسات مدى الحياة لايزومر الثوريوم. منذ لدينا غرفة درجة الحرارة فراغ عال لا يسمح لفترات تخزين طويلة بما فيه الكفاية للتحقيق في العمر الإشعاعي المتوقع من ما يصل إلى 104 ثوان، فقط الحد الأدنى من ر1/2 > 1 دقيقة يمكن أن تستمد ل229m Th أيونات, يحدّد بالأقصى قابل للتحقيق أيون تخزين وقت في الخطيّة بول مصيدة11. ومع ذلك، باستخدام نفس استراتيجية الكشف كما طبقت من قبل لتحديد تسوس أيزومر بعد تحييد أيونات الثوريوم على سطح كاشف MCP، العمر المتوقع أقصر بكثير لذرات Th محايدة 229mالتي تمر تحويل داخلي الاضمحلال يوفر الوصول إلى المعلومات مدى الحياة12. ويبين الشكل 5أ الشكل المتوقع للطيف وقت الاضمحلال كما هو محاكاة لمجموعة أيون بعرض نبض يُ10 ميكروز. في حين يشير المنحنى الأحمر إلى إشارة التأثير الأيوني والإشارة من الاضمحلال الأسي مع 7 ميكروات نصف العمر يتم تمثيلها من قبل منحنى رمادي مع ذيل الاضمحلال الطويل، والإشارة المتوقعة من اضمحلال أيزومر الثوريوم، تتألف من كل من التأثير الأيوني وe الاضمحلال الإيسومري xponential، ويتضح من المنحنى الأزرق. ويعرض الشكل 5ب نتائج القياس المقابل لـ 233U3+ (أحمر) و229 Th3+ (أزرق)، على التوالي. في حين أن أيونات اليورانيوم لا تظهر سوى إشارة تأثيرها الأيوني، ل229-الثوريوم بوضوح ذيل الاضمحلال المتوقع من تسوس أيزومر يمكن ملاحظتها12. الشكل 5 محاكاة وقياس تأثير الأيون الزمني وخصائص الاضمحلال. أ) محاكاة خصائص الوقت ايزومر الاضمحلال من 229عشر عناقيد. ويستند المحاكاة على شكل مجموعة قياس وافتراض أن 2٪ من الأيونات Th 229هي في حالة isomeric مع نصف عمر من 7 μs بعد تحييد. ويفترض أن تكون كفاءة الكشف عن الإلكترون أكبر بـ 25 مرة من كفاءة الكشف عن الأيون. ب) قياس الاضمحلال الإيسومري مع مجموعة 229 (م)Th3 + شعاع أيون (الأزرق). يتم عرض قياس مقارن مع 233U3+ باللون الأحمر. مع إذن نوع من الجمعية الأمريكية المادية12. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. تركيب ذيل الاضمحلال مع الأسي (المقابلة لملاءمة خطية لتمثيل لوغاريتمي في الشكل6) يؤدي أخيرا في نصف عمر ايزومر Th 229mمحايد ة من 7 (1) μs12. وتتفق هذه القيمة بشكل جيد مع التخفيض المتوقع نظرياً مدى الحياة بتسعة أوامر من الحجم من الساعة 10 و4 ثوانً في حالة أيزومر المشحون بسبب معامل التحويل الكبير لـ αIC ~ 10937. الشكل 6 تناسب 229m: منحنى الاضمحلال. مؤامرة لوغاريتمية من خصائص الاضمحلال الزمني ل229 (م)Th2 + أيونات (أ) و 229(م) Th3 + أيونات (ب) جنبا إلى جنب مع منحنى صالح تطبيقها لاستخراج نصف عمر الإيسومرية من 229mTh بعد إعادة تركيب تهمة على سطح كاشف MCP. مع إذن نوع من الجمعية الأمريكية المادية12. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

يبلغ المدى من يرتدّ α تسوس ابنة نوى في يورانيوم إلى فقط حوالي 16 [نم]. من أجل تحقيق كفاءة عالية من مصدر أيونات α-الارتداد لنشاط مصدر معين، فمن الإلزامي للحد من سمك المواد المصدر لهذا النطاق. وتتأثر كفاءة استخراج الارتداد α بشدة بنظافة خلية الغاز العازلة. تلوث الغاز التوقف سيؤدي إلى تبادل تهمة أو تشكيل جزيء. لذلك، يجب بناء خلية الغاز نفسها وفقا لمعايير فراغ عالية جدا، ولا سيما للسماح للخبز من الخلية وتجنب أي مواد عضوية داخل. يجب تنقية الغاز التوقف وفقا للدولة التقنية من بين الفن، بدءا من نقاء الغاز أعلى درجة بمساعدة تنقية الحفاز وتسليمها إلى خلية الغاز عن طريق خط إمدادات الغاز نظيفة جدا، وتحيط بها جزئيا فخ المبردة ل تجميد الشوائب. بشكل عام، والمحاذاة الدقيقة للمحور المركزي للإعداد الكامل إلى موقف فوهة استخراج خلية الغاز أمر ضروري لتحقيق كفاءة عالية النقل والكشف^29.

الخطوة 1-4-5 هي الأكثر أهمية في البروتوكول. لاستخراج أيون فعالة السعة RF عالية يجب أن تطبق على قطب حلقة قمع. ومع ذلك، إذا تم اختيار السعة عالية جدا، وسوف تحدث الشرر في خلية الغاز. الحد الأقصى القابل للتحقيق سعة الجهد RF يعتمد بشكل حاسم على نقاء الغاز العازلة. يتم رصد تطبيق ناجح من الجهد عن طريق التيار من الجهد أوبي القمع. هذا التيار سوف يزيد في حالة الشرر. إذا حدث الشرر، يجب أن يتكرر إجراء الخبز من أجل ضمان أعلى كفاءة استخراج الأيون.

ومن النقاط الحاسمة الأخرى تطبيق الفولتية العالية على كاشف MCP (الخطوات 1-6-2-1-6-4). يمكن أن تحدث الانبعاثات الميدانية على MCP، مما يؤدي إلى انبعاث الإلكترونات التي يمكن أن تؤدي إلى إشارات arteالوقائع.

يتطلب استخراج الأيون الأمثل والنقل (المبرد والنقي الشامل) نحو وحدة الكشف محاذاة دقيقة للمحور البصري المركزي. توافر نظام محاذاة بصرية (ليزر المحاذاة أو ثيودوليت) أمر ضروري. يتطلب نقل أيون فعال من خلال طلب الترددات الراديوية استخراج وQMS تثبيت مستمر من السعة الترددات الراديوية للمرحلتين المعاكستين المطبقتين على كل زوج من قضبان العكس²⁹. ويمكن تيسير تحديد مشاكل الاستخراج أو النقل عن طريق تشخيص أيون يُحقق على سبيل المثال، عن طريق كاشف متعدد القنوات يوضع إما على التوالي في مواقع مختلفة على طول مسار أيون أثناء مرحلة التكليف من الإعداد، أو بدلا من ذلك، على سبيل المثال، تحت 90^س وراء RFQ استخراج مع الجهد السطحي السلبي عالية (1-2 كيلوفولت) لجذب جميع الأيونات المستخرجة نحو كاشف.

أثناء العملية عادة يمكن أن تنشأ مشكلتين. لا يتم تطبيق جميع الفولتية بشكل صحيح. في هذه الحالة عادة لا يتم استخراج أي أيونات، واحد لديه للعثور على مكان الجهد لا تطبق بشكل صحيح. أيضا، الشوائب موجودة في الهليوم العازلة الغاز. في هذه الحالة سيتم تخفيض كفاءة استخراج أيونات الثوريوم المشحونة بشكل ثلاثي بشكل كبير ويحدث تشكيل جزيء. في أسوأ الحالات، حتى الشرر سوف تظهر عندما يتم تطبيق الجهد قمع. والسبب في عدم كفاية نقاء الغاز هو عادة تسرب في خط الإمداد بالغاز أو شفة غير مغلقة بشكل صحيح من خلية وقف الغاز العازلة.

ويمكن تطبيق الطريقة الموصوفة لتوليد شعاع نظيف من الأيونات التي تحتوي على أيزومر Th منخفض بقوة ^{يبلغ 229}متراً على جميع الحالات المماثلة التي يمكن فيها استخراج أيون الفائدة من الغلاف الجوي للغاز العازل بكميات كبيرة. نظافة خلية الغاز والغاز العازلة إلزامية، وبالتالي فإن كمية الشوائب الغاز المتبقية هو الحد من حساسية الأسلوب. في حين أن كاشف لوحة القناة الدقيقة المستخدمة (MCP) يقوم على الكشف عن الإلكترونات، كما تستغل هنا لتسجيل الإلكترونات تحويل الطاقة المنخفضة، وهذه الحالة تقع بالفعل في الحدود منخفضة الطاقة من منحنى كفاءة MCPs^38، بينما لطاقات [هيغر] الأسلوب سيربح بشكل ملحوظ في كشف فعالية.

وحتى الآن، وفرت الطريقة الموصوفة التحديد المباشر الوحيد الذي أبلغ عنه بشكل مباشر لا لبس فيه لإزالة الإثارة عن أيزومر الثوريوم. بدلا من ذلك، يتم تخدير فراغ الأشعة فوق البنفسجية (VUV) – بلورات شفافة (مع الفجوات الفرقة الكبيرة، تتجاوز الطاقة الإثارة المفترضة من أيزومر) مع ²²⁹ث. والهدف هو وضع ²²⁹الأيونات Th في ارتفاع (4⁺) تهمة الدولة من مواقف شعرية الكريستال، وتمنع دي الإثارة من قبل الفجوة الفرقة الكبيرة وتهدف إلى إثارة ايزومر باستخدام الأشعة السينية من مصادر الضوء synchrotron. على الرغم من المفهوم الأنيق لهذا النهج، حتى الآن لا يمكن ملاحظة الفلورة VUV في سلسلة من التجارب التي أبلغت عنها عدة مجموعات في جميع أنحاء العالم^39،^40،^41،^42،⁴³. وينطبق الشيء نفسه على فئة من التجارب التي تهدف إلى تحقيق الإثارة النووية للأيزومر عن طريق قذيفة الإلكترون من ²²⁹Th، وذلك باستخدام ما يسمى الانتقال جسر الإلكترون. هنا اقتران رنانة بين انتقال قذيفة الإلكترون وايزومر النووية ينبغي أن تسمح لسكان أيزومر أكثر كفاءة⁴⁴^,⁴⁵. وتستند التجارب الأخرى التي تهدف إلى التحقيق في خصائص الإيسومرية على قياس السعرات الحرارية⁴⁶ أو مراقبة التحول المفرط في القشرة الذرية⁴⁷. في الآونة الأخيرة جدا تم الإبلاغ عن طريقة أخرى لإثارة أيزومر في البلازما التي يسببها الليزر⁴⁸ وتخضع للمناقشة العلمية داخل المجتمع.

اكتشاف قناة اضمحلال التحويل الداخلي للأيزومر الثوريوم¹¹ وتحديد نصف العمر المقابل لـ ^{229 م}ث محايد (7(1) ميكروس)¹² يمكن استغلالها في المستقبل لتحقيق أول جميع البصرية الإثارة مع الليزر VUV نابض، قابل للضبط على أساس التكنولوجيا الموجودة بالفعل. وبالتالي فإن النموذج الحالي بأن هذا يتطلب معرفة أفضل بكثير من طاقة الإثارة وتطوير الليزر المخصص المقابل يمكن الالتفاف عليه. وعلى النقيض من ذلك، فإن استغلال المعرفة بانبعاث الإلكترون التحويل الداخلي، وإزالة الكشف عن إلكترونات التحويل باستخدام نبض الليزر، سيوفر نسبة عالية من الإشارة إلى الخلفية، مع السماح بإجراء مسح لـ 1 فولت من طاقة الإثارة في أقل من 3 أيام⁴⁹. وعلاوة على ذلك، فإن تحديد طاقة الإثارة للأيزومر، الذي لا يزال قيد التنفيذ، يمكن أن يستند إلى الطريقة الموصوفة لتوليد شعاع ^{Th 229m}عن طريق إرسال إلكترونات الاضمحلال IC إلى مطياف الإلكترون المغناطيسي زجاجة مع التثبيط شبكة القطب الميداني^50. وستسمح نفس التقنية أيضا بتحديد العمر الإيسومري لمختلف البيئات الكيميائية (علىسبيل المثال، على المواد الكبيرة ذات الفجوة في النطاق مثل CaF₂ أو الأرجون المجمد) أو في ²²⁹Th⁺ وكذلك في الذرة الحرة المحايدة.

يمكن استخدام الطريقة الموصوفة لتوليد شعاع أيون ثوريوم نقي متساوي موضعي من حالة الشحن 3+ كأداة لتوفير أيونات الثوريوم لتجارب التحليل الطيفي الليزري في المستقبل. في هذه الحالة يمكن استخدام شعاع أيون لتحميل فخ بول بطريقة مستقرة وفعالة. حتى الآن، والطريقة البديلة الوحيدة هي إنتاج ²²⁹Th³⁺ عن طريق الاستئصال بالليزر من هدف صلب. هذا، ومع ذلك، يتطلب كثافة الليزر عالية وكمية كبيرة من ²²⁹Th، وهو مادة مشعة مكلفة ويؤدي إلى تلوث مكونات فراغ المستخدمة. ولهذا السبب، يمكن أن تكون الطريقة الموصوفة ذات فائدة كبيرة عندما يتعلق الأمر بتجارب التحليل الطيفي بالليزر النووي. تم بالفعل نشر تطبيق أول من هذا النوع⁵¹.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وقد تم دعم هذا العمل من قبل برنامج الاتحاد الأوروبي للبحوث والابتكار في أفق 2020 بموجب اتفاقية المنحة رقم 664732 “nuClock”، من قبل DFG منحة Th956/3-1، وقسم LMU للفيزياء الطبية عن طريق مختبر ماير ليبنيتز.

Materials

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

References

Reich, C. W., Helmer, R. G. Energy separation of the doublet of intrinsic states at the ground state of 229Th. Physical Review Letters. 64, 271-273 (1990).
Reich, C. W., Helmer, R. G. An excited state of 229Th at 3.5 eV. Physical Review C. 49, 1845-1858 (1994).
Guimaraes-Filho, Z. O., Helene, O. Energy of the 3/2+ state of 229Th reexamined. Physical Review C. 71, 044303 (2005).
Beck, B. R., et al. Energy splitting of the ground-state doublet in the nucleus 229Th. Physical Review Letters. 98, 142501 (2007).
Beck, B. R., Cerutti, F., Ferrari, A., et al. Improved value for the energy splitting of the ground-state doublet in the nucleus 229Th. , (2009).
Tkalya, E. V. Proposal for a nuclear gamma-ray laser of optical range. Physical Review Letters. 106, 162501 (2011).
Raeder, S., et al. Resonance ionization spectroscopy of thorium isotopes-towards a laser spectroscopic identification of the low-lying 7.6 eV isomer of 229Th. NJ. Physics. 44, 165005 (2011).
Peik, E., Tamm, C. Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in 229Th. European Physical Letters. 61, 181-186 (2003).
Campbell, C. J., Radnaev, A. G., Kuzmich, A., Dzuba, V. A., Flambaum, V. V. Derevianko, A Single-Ion nuclear clock for metrology at the 19th decimal place. Physical Review Letters. 108, 120802 (2012).
Kroger, L. A., Reich, C. W. Features of the low energy level scheme of 229Th as observed in the α of 233U. Nuclear Physics A. 259, 29-60 (1976).
vd Wense, L., et al. Direct detection of the Thorium-229 nuclear clock transition. Nature. 533, 47-51 (2016).
Seiferle, B., vd Wense, L., Thirolf, P. G. Lifetime measurement of the 229Th nuclear isomer. Physical Review Letters. 118, 042501 (2017).
Nicholson, T. L., et al. Systematic evaluation of an atomic clock at 2.10-18 total uncertainty. Nature Communications. 6, 7896 (2015).
Flury, J. Relativistic geodesy. Journal of Physics – Conference. 723, 012051 (2016).
Ludlow, A. D., Boyd, M. M., Ye, J., Peik, E., Schmidt, P. O. Optical atomic clocks. Reviews of Modern Physics. 87, 637-701 (2015).
Derevianko, A., Pospelov, M. Hunting for topological dark matter with atomic clocks. Nature Physics. 10, 933-936 (2014).
Uzan, J. P. The fundamental constants and their variation: observational and theoretical status. Review of Modern Physics. 75, 403-455 (2003).
Flambaum, V. V. Enhanced effect of temporal variation of the fine structure constant and the strong interaction in 229Th. Physical Review Letters. 97, 092502 (2006).
He, X., Ren, Z. Temporal variation of the fine structure constant and the strong interaction parameter in the 229Th transition. Nuclear Physics A. 806, 117-123 (2008).
Litvinova, E., Feldmeier, H., Dobaczewski, J., Flambaum, V. Nuclear structure of lowest 229Th states and time dependent fundamental constants. Physical Review C. 79, 064303 (2009).
Flambaum, V. V., Wiringa, R. B. Enhanced effect of quark mass variation in Th229 and limits from Oklo data. Physical Review C. 79, 034302 (2009).
Rellergert, W. G., et al. Constraining the evolution of the fundamental constants with a solid-state optical frequency reference based on the 229Th nucleus. Physical Review Letters. 104, 200802 (2010).
Hayes, A. C., Friar, J. L. Sensitivity of nuclear transition frequencies to temporal variation of the fine structure constant or the strong interaction. Physics Letters B. 650, 229-232 (2007).
Berengut, J. C., Dzuba, V. A., Flambaum, V. V., Porsev, S. G. Proposed experimental method to determine a sensitivity of splitting between ground and 7.6 eV isomeric states in 229Th. Physical Review Letters. 102, 210808 (2009).
Flambaum, V. V., Auerbach, N., Dmitriev, V. F. Coulomb energy contribution to the excitation energy in 229Th and enhanced effect of α variation. Europhysics Letters. 85, 50005 (2009).
Porsev, S. G., Flambaum, V. V. Effect of atomic electrons on the 7.6 eV nuclear transition in 229mTh3+. Physical Review A. 81, 032504 (2010).
Godun, R. M., et al. Frequency ratio of two optical clock transitions in 171Yb+ and constraints on the time variation of fundamental constants. Physical Review Letters. 113, 210801 (2014).
vd Wense, L., Thirolf, P. G., Kalb, D., Laatiaoui, M., Thirolf, P. G. Towards a direct transition energy measurement of the lowest nuclear excitation in 229mTh. Journal of Instrumentation. 8, P03005 (2013).
vd Wense, L., Seiferle, B., Laatiaoui, M., Thirolf, P. G. Determination of the extraction efficiency for 233U source recoil ions from the MLL buffer-gas stopping cell. European Physical Journal A. 51, 29 (2015).
Neumayr, J. B. . The buffer-gas cell and extraction RFQ for SHIPTRAP. , (2004).
Neumayr, J. B., et al. The ion-catcher device for SHIPTRAP. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 244, 489-500 (2006).
Neumayr, J. B., et al. Performance of the MLL-Ion catcher. Review of Scientific Instruments. 77, 065109 (2006).
Haettner, E. . A novel radio frequency quadrupole system for SHIPTRAP & New mass measurements of rp nuclides. , (2011).
Haettner, E., et al. A versatile triple radiofrequency quadrupole system for cooling, mass separation and bunching of exotic nuclei. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 880, 138-151 (2018).
vd Wense, L. On the direct detection of 229mTh. Springer Theses 2018. , (2018).
Eberhardt, K., et al. Actinide targets for fundamental research in nuclear physics. AIP Conference Proceeding 1962s. , 030009 (2018).
Karpeshin, F. F., Trzhaskovskaya, M. B. Impact of the electron environment on the lifetime of the 229Thm low-lying isomer. Physical Review C. 76, 054313 (2007).
Gorugantu, R. R., Wilson, W. G. Relative electron detection efficiency of microchannel plates from 0-3 keV. Review of Scientific Instruments. 55, 2030-2033 (1984).
Jeet, J., et al. Results of a direct search using synchrotron radiation for the low-energy 229Th nuclear isomeric transition. Physical Review Letters. 114, 253001 (2015).
Yamaguchi, A., Kolbe, M., Kaser, H., Reichel, T., Gottwald, A., Peik, E. Experimental search for the low-energy nuclear transition in 229Th with undulator radiation. New Journal of Physics. 17, 053053 (2015).
Stellmer, S., Schreitl, M., Schumm, T. Radioluminescence and photoluminescence of Th:CaF2 crystals. Scientific Reports. 5, 15580 (2015).
Stellmer, S., Schreitl, M., Kazakov, G. A., Sterba, J. H., Schumm, T. Feasibility study of measuring the 229Th nuclear isomer transition with 233U-doped crystals. Physical Review C. 94, 014302 (2016).
Stellmer, S., et al. On an attempt to optically excite the nuclear isomer in Th-229. arXiv:1803.09294 [physics.atom-ph]. , (2018).
Porsev, S. G., Flambaum, V. V., Peik, E., Tamm, C. Excitation of the isomeric 229mTh nuclear state via an electronic bridge process in 229Th+. Physical Review Letters. 105, 182501 (2010).
Campbell, C. J., Radnaev, A. G., Kuzmich, A. Wigner Crystals of 229Th for optical excitation of the nuclear isomer. Physical Review Letters. 106, 223001 (2011).
Kazakov, G., et al. Prospects for measuring the 229Th isomer energy using a metallic magnetic microcalorimeter. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 735, 229-239 (2014).
Sonnenschein, V., et al. The search for the existence of 229mTh at IGISOL. European Physical Journal A. 48, 52 (2012).
Borisyuk, P. V., et al. Excitation energy of 229Th nuclei in laser plasma: the energy and half-life of the low-lying isomeric state. arXiv:1804.00299v1 [nucl-th]. 53, 108 (2018).
vd Wense, L., et al. A laser excitation scheme for 229mTh. Physical Review Letters. 119, 132503 (2017).
Seiferle, B., vd Wense, L., Thirolf, P. G. Feasibility study of Internal Conversion Electron Spectroscopy of 229mTh. European Physical Journal A. 53, 108 (2017).
Thielking, J., et al. Laser spectroscopic characterization of the nuclear-clock isomer 229mTh. Nature. 556, 321-325 (2018).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Wense, L. v. d., Seiferle, B., Amersdorffer, I., Thirolf, P. G. Preparing an Isotopically Pure ²²⁹Th Ion Beam for Studies of ^229mTh. J. Vis. Exp. (147), e58516, doi:10.3791/58516 (2019).

Automatically Generated