1 / 29

Hmotnostn á spektrometria exotických jadier

Hmotnostn á spektrometria exotických jadier. Mgr. Ivan Siváček Školiteľ: Ing. Ján Kliman, DrSc. Fyzikálny ústav SAV 26.4.2012. Ciele dizertačnej práce. Určenie základných charakteristík hmotnostného spektrometra MASHA (Mass Analyzer of SuperHeavy Atoms)

edna
Download Presentation

Hmotnostn á spektrometria exotických jadier

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Hmotnostná spektrometria exotických jadier Mgr. Ivan Siváček Školiteľ: Ing. Ján Kliman, DrSc. Fyzikálny ústav SAV 26.4.2012

  2. Ciele dizertačnej práce • Určenie základných charakteristík hmotnostného spektrometra MASHA (Mass Analyzer of SuperHeavy Atoms) • Účinnosť spektrometra v závislosti od hmotnosti a náboja jadier • Časovej odozvy spektrometra • Hmotnostného rozlíšenia spektrometra • Určenie izotopického rozdelenia exotických jadier – produktov jadrových reakcií ťažkých iónov s identifikáciou ich alfa rozpadov

  3. Laboratórium jadrových reakcií N. G. Flerova, SÚJV Dubna, RF Hmotnostný separátor masha

  4. Schéma hmotnostného separátora MASHA U400m Studňovitý kremíkový stripový detektor: 1 – fokálne stripy (3x64) - šírka 1,1 mm 2, 3 – bokové stripy 2x(2x32) 4 – krajné stripy 2x(16)

  5. Hmotnostný separátor MASHA

  6. Hmotnostný separátor MASHA

  7. Hmotnostný separátor MASHA

  8. Horúci catcher a iónový zdroj UHF, atómy UHF plazma, ionizácia extrakcia magnety (prstence) Obr. Schéma terčového uzla s horúcim catcherom. Obr. Schéma iónového zdroja.

  9. Iónová optika separátora MASHA (a) • 4 dipólové magnety (D resp. M) • 3 kvadrupólové šošovky (Q) • 2 sextupólové magnety (S) • 2 fokusujúce body – F1 (hrubá separácia) a F2 (hmotnostná analýza) Obr. Schéma horizontálnych(a) a vertikálnych (b) trajektórií iónov cez separátor (c). Detektor Fokálna rovina F2 (b) Horúci catcher ECR Fokálna rovina F1 ióny (c)

  10. Hmotnostný separátor MASHA Parametre zariadenia

  11. Hmotnostné rozlíšenie a účinnosť • Pomocou kalibrovaných tokov xenónu bolo určené hmotnostné rozlíšenie na jeho izotopoch • Inertnými plynmi bola preverená účinnosť (Xe: 84%) Obr. Závislosť účinnosti zariadenia od hmotnostného čísla inertného plynu. Obr. Hmotnostné spektrum izotopov Xe.

  12. Časová odozva spektrometra – transport do iónového zdroja • Odsávanie komory catchera má exponenciálny charakter, odmerané časové konštanty pre inertné plyny a vzduch sú v grafe Obr. Závislosť účinnosti zariadenia od protónového čísla plynu. Obr. Časové konštanty exponenciálneho poklesu tlaku pri odsávaní komory catchera.

  13. Časová odozva spektrometra – difúzia z matrice termalizátora • Na zväzku 40Ar bola prekrývaním zväzku určená časová konštanta poklesu intenzity sekundárneho zväzku Obr. Intenzita sekundárneho zväzku pri prekrývaní zväzku.

  14. Preverenie celkovej účinnosti zariadenia pomocou 222Rn Experiment bol prevedený po odovzdaní písomnej práce. • Akumulácia odrazených jadier po alfa rozpade žiariča 226Ra na grafitovú platničnku tvaru a matrice catchera do nasýtenia • Sledovanie rozpadu jadier 222Rn implantovaných do detektora s 24 hod. dobou implantácie (difúzie z catchera) • Po rovnaký čas implantácie bol žiarič pripevnený na Si detektor rovnakých rozmerov, ktorým bola zmeraná implantovaná aktivita (do grafitovej platničky) • Celková finálna účinnosť separátora pre izotop 222Rn bola stanovená na 13 ± 1,3 % Obr. Rozpad 222Rn v detektore a vypočítaná celková účinnosť.

  15. Previerka metodiky Modelové reakcie na zväzku

  16. Experimenty na zväzku 40Ar Reakcie: 284 MeV40Ar+natSm→yHg+xn(Hg: chem. analóg prvku 112) 255 MeV40Ar+166Er→206−xnRn+xn(Rn: α - rádioaktívny inertný plyn) Hg Rn (b) (a) Obr. Dvojrozmerné hmotnostné spektrá izotopov Hg (a) a Rn (b) s popisom izotopov.

  17. 40Ar+natSm→yHg+xn • Boli registrované rozpady izotopov od 180Hg po 186Hg v studňovom detektore • Vo väčšine alfa spektier v stripoch zodpovedajúcich jednotlivým hmotnostiam bol pozorovateľný rozpad dcérskeho jadra. Obr. Hmotnostné spektrum izotopov Hg (a), energetické spektrum zo stripov zodpovedajúcich hmotnosti A = 18 (b), kde je vidno alfa rozpad dcérskeho jadra 176Pt.

  18. 40Ar+166Er→206−xnRn+xn • Bolo registrované hmotnostné spektrum izotopov Rn s následnými rozpadmi ich dcérskych jadier Obr. Hmotnostné spektrum izotopov Rn pri energii zväzku E = 217 MeV (a) a energetické spektrum zo stripov zodpovedajúcich hmotnosti A = 202 (d).

  19. 40Ar+166Er→206−xnRn+xn Obr. Výťažky izotopov Rn normované na celkový tok iónov cez terč. • Bolo namerané spektrum izotopov Rn s hmotnosťami od A = 199 (EAr = 231 MeV) po A = 206 (EAr = 202 MeV). • Energia zväzku bola 3x zmenená pomocou Ti fólii umiestnených pred terč. Tab. Výťažky izotopov Rn pre rôzne energie zväzkov.

  20. Testovacie experimenty • Bola preverená pripravenosť hmotnostného separátora MASHA pre meranie hmotnosti superťažkých atómov. • Sledovaním výťažkov izotopov Rn bola ohodnotená rýchlosť celého zadiadenia na < 5s (priemerná doba polpremeny 201Rn) • Namerané energie alfa rozpadov dobre súhlasia s tabuľkovými hodnotami. • Časové konštanty procesov transportu častíc sú 1,3 s pre odsávanie komory catchera a 2,5 s pre prekrývanie zväzku 40Ar (brzdeného v catcheri).

  21. Záver • Off-line meranie preukázalo účinnosť zariadenia 84 ± 10 % pre izotopy Xe, na ktorých bolo určené hmotnostné rozlíšenie R = M/ΔM = 1300. • Merania na zväzku 40Ar preukázali účinnosť transportu častíc zariadením na 25 ± 20 %. • Merania s izotopom 222Rn umožnili stanoviť celkovú účinnosť hmotnostného separátora MASHA na 13 ± 1,3 %. • MASHA je pripravená na experiment 48Ca + 238U → 282(283)Cn + 4(3)n.

  22. Ďakujem za pozornosť

  23. Hmotnostný separátor MASHA Môj prínos k riešeniu problematiky

  24. Monte carlo simulácie v Geant 4 • Geometrická účinnosť studňového detektora pre registráciu rozpadového reťazca • Straty energie alfa častíc a odrazených jadier po rozpade pri prechode rôznymi materiálmi • Straty energie alfa častíc pri prechode mŕtvou vrstvou detektora v závislosti od geometrie • Simulácia energetickej kalibrácie detektora žiaričom 226Ra (nameraným píkom boli priradené energie zo simulácie – energetická kalibrácia detektora) • Analýza procesov a ich simulácie pri registrácii alfa častíc v detektore – eliminácia chvostov píkov

  25. Geometrická účinnosť detektora beam F96 beam F1

  26. Geometrická účinnosť detektora Tab. Registráciajadier v rovinách studňového detektora. Systematická chyba ≈ +5 %. Tab. Registráciaalfa častíc v rovinách studňového detektora.

  27. Prechod alfa častice mŕtvou vrstvou • V závislosti od polohy zdroja: • Energetická kalibrácia (straty energie pri prechode od žiariča do citlivého objemu detektora) • Hĺbka implantácie iónov (40 keV zväzok) • Chvosty píkov alfa častíc (rozpad implantovaných jadier)

  28. Vyšetrovanie chvostov píkov alfa častíc Obr. Simulácia chvosta píku alfa častíc pri rozpade 202Rn v porovnaní s nameranými údajmi.

  29. Závery zo simulácií • Geometrická účinnosť registrácie alfa častíc je 92 – 95 % v závislosti od polohy zväzku a s každým ďaľším dcérskym jadrom klesá o ~ 10 % • Hĺbka implantácie iónov do kremíka je ≈ 10-9m • Energetická kalibrácia pre všetkých 352 stripov + odhady strát energie pri prechode alfa častíc mŕtvou vrstvou detektora • Chvosty píkov niesú iba výsledkom prechodu mŕtvou vrstvou, ale hlavne nehomogenity elektrického poľa v kremíku – aktuálna úloha

More Related