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| ISOLDE 実験セットアップのリスト | |
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| COLLAPS、CRIS、EC-SLI、IDS、ISS、 ISOLTRAP 、ルクレシア、ミニボール、MIRACLS、SEC、VITO、WISArd | |
| その他の施設 | |
| メディシス | ISOLDE から収集された医療用同位元素 |
| 508 | 固体物理学研究所 |
高精度質量分析計ISOLTRAP実験は、 CERNのISOLDE施設に設置された常設の実験装置です。この実験の目的は、飛行時間型（ToF）検出技術を使用して精密な質量測定を行うことです。[1]核種の研究と核構造の調査は、天体物理学を含む物理学のさまざまな分野への洞察をもたらします。[2]
背景
質量分析は、イオンの質量電荷比を決定する技術です。放射性 イオンビームの場合、ビーム内に多くの放射性核種が存在する可能性があり、測定のために特定のイオンを分離するには質量分離が必要です。
イオントラップは電場と磁場を利用してシステム内の荷電粒子を捕捉する。ペニングトラップを含む様々なメカニズムを利用したイオントラップには複数の種類がある。ペニングトラップは均一な磁場と四重極電場を利用して粒子をそれぞれ半径方向と軸方向に閉じ込める。[3]
実験のセットアップ
ISOLTRAP実験は、4つのイオントラップで構成された高精度質量分析計/分離装置です。これには、無線周波数四重極（RFQ）トラップ、多重反射飛行時間（MR-ToF）質量分析計、および2つのペニングトラップが含まれます。[4]
RFQトラップは、ISOLDE施設から放出された放射性イオンビームを低エネルギーイオンパルスに変換し、MR-ToF質量分析計に注入するために使用されます。[5]これは、イオンを静電的に減速し、バッファガスで満たされた環境を通過させることによって行われます。[6]無線周波数は振動電場を作成し、イオンを細い線に閉じ込めます。イオンは電位によってトラッピング領域に誘導され、そこでバッファガスと相互作用してイオンのエネルギー拡散が減少します。 [7]これにより、小さなイオンの雲が形成され、トラッピング領域から束として排出され、MR-ToFに輸送されます。[8]
MR-ToF質量分析計/分離器は、スイッチキャビティを使用してイオンを注入および排出し、2つの静電ミラーセット間でイオンを反射して飛行経路を増加させます。[9]これにより、短いトラッピング時間で大きな分解能が得られ、効率的な等圧分離が可能になります。[10]イオンのToFは電子増倍管 粒子検出器によって測定され、対応する質量を決定するために使用できます。[11] [12]
MR-ToFに続く2つのペニングトラップは、準備ペニングトラップと精密ペニングトラップです。[4]準備ペニングトラップは大きな円筒形のトラップで、超伝導磁石の均一磁場内に配置されます。[13] [12]イオンは捕捉され、高い選択性で質量冷却されます。[14]質量測定は精密ペニングトラップによって行われ、このトラップは高周波磁場を使用してイオンのサイクロトロン運動を駆動します。その後、イオンはトラップから排出され、磁石の不均一な外側（フリンジ）磁場に漂い、イオン検出器に到達します。高周波磁場により共鳴していたイオンは他のイオンよりも速く検出器に到達し、ToFを決定できます。[14] [15]
結果
ISOLTRAPは運用開始以来、数百の短寿命放射性核種の質量を測定してきました。[16] [17]当初、実験装置はわずか2つのペニングトラップで構成されていましたが、2011年にMR-ToFが設置されて以来、検出可能な最も珍しい核種がISOLTRAPで測定されるようになりました。[4]
ISOLTRAP実験結果の目的の1つは、二重魔法同位体を確認することである。二重魔法同位体とは、陽子と中性子の両方の数が魔法数に等しい同位体である。それらは崩壊に対して非常に安定している。ISOLTRAPの結果は、ニッケル78が二重魔法同位体であることを、その隣の銅79を研究することによって確認した。[18] [19]
外部リンク
- ISOLDE ウェブサイトの ISOLTRAP ページ
- CERN ウェブサイトの ISOLTRAP ページ
参考文献
- ^ “ISOLTRAP | ISOLDE”. isolde.web.cern.ch . 2023年7月28日閲覧。
- ^ 「ISOLTRAP がエキゾチック核の質量を特定」CERN Courier 2004-03-01 . 2023-07-31閲覧。
- ^ Brown, LS; Gabrielse, G. (1986). 「Geonium theory: Physics of a single electron or ion in a Penning trap」(PDF) . Reviews of Modern Physics . 58 (1): 233–311. Bibcode :1986RvMP...58..233B. doi :10.1103/RevModPhys.58.233. 2017-03-13 にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014-05-01に取得。
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