MIRACLS実験

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（イゾルデ）
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共線レーザー分光法のためのマルチイオン反射装置（MIRACLS ）は、 CERNのISOLDE施設で構築されている常設の実験装置です。実験の目的は、超微細構造の正確な測定から、エキゾチックな放射性同位元素の特性を測定することです。MIRACLSは、イオントラップでイオン束を捕捉することで技術の感度を高めることを目指し、測定にレーザー分光法を使用します。^[1]

背景

共線レーザー分光法は、基底状態スピン、電磁モーメント、電荷半径などの原子核の特性を測定できる技術です。この技術では、特定の同位体の狭い放射性イオンビーム（RIB）を使用し、それを特定の周波数の狭帯域連続波レーザービームと重ね合わせます。レーザーは、対象の原子エネルギーレベル間のエネルギー差に一致するように調整され、原子による光子の共鳴吸収または放出につながります。 ^[2]

多重反射飛行時間（MR-ToF）装置は、2つの静電ミラーの間でイオン束を反射し、イオンの飛行経路をキロメートルのオーダーにまで増加させます。装置の質量はイオンの飛行経路を増加させるだけでなく、異なる質量は異なる飛行時間を持つため、イオンを分離します。^[3]

ポールトラップは、四重極イオントラップまたは無線周波数(RF) トラップとも呼ばれ、動的電界を使用して荷電粒子をトラップするイオントラップです。静電場の構成を作成して粒子を 3 次元でトラップすることはできませんが、動的電界では可能です。閉じ込め方向と反閉じ込め方向は、粒子がトラップから脱出するよりも速い速度で切り替えられます。

実験のセットアップ

MIRACLSの原理実証装置は、連続的で安定したマグネシウムイオンビームを提供する電子衝撃イオン源で構成されています。^[4]ビームはヘリウム緩衝ガスを充填したポールトラップに注入され、そこで冷却されて定義されたイオン束に蓄積されます。^[5]束は静電四重極ベンダーを通過し、MR-ToF領域に入り、そこで減速されて捕捉されます。^[4]

MR-ToF は 2 つの静電ミラーで構成され、これらは電位が印加された 4 つの円筒形電極でできています。^[4]電位は、トラッピングとフォーカスを最適化するように設定され、デバイスの中央ドリフト領域がフリンジ (外部磁場) 場から解放されます。^[6]この領域は、電位を制御し、光検出領域 (ODR) 付近の光子透過性を高めるメッシュ電極に囲まれています。^[7] ODR は、メッシュ電極の上に取り付けられた、励起された Mg ⁺イオンによって放出される蛍光光子を検出する光学レンズシステムと光電子増倍管 (PMT) で構成されています。 ^[8]このシステムは、ODR 内のイオンに由来しない光子を遮断するために、迷光シールドに囲まれています。^[9]

狭帯域連続波レーザービームは、石英窓を通過して最初の静電四重極ベンダーに入ります。^[10]これはMR-ToFデバイスの軸と重なり、共鳴時に（ドップラーシフトした）光遷移光子がPMTで検出されます。^[4]

イオン束は、イントラップリフト機構によってMR-ToFから排出され、2番目の電子四重極ベンダーを通過します。^[4]その後、イオン束はマルチチャンネル位置検出器（MCP）に記録され、監視できるようになります。^[6]

MIRACLSは、従来超微細測定に使用されてきた蛍光共線レーザー分光法（COLLAPSなど）の感度を向上させることを目的としています。MR-ToFの各回転中にイオン束がODRを通過するため、より多くの光子数が記録されるため、感度が向上します。^[4]

結果

現在、MIRACLS実験は設計・構築中であるため、シミュレーションと概念実証の結果のみが存在します。両方の結果はMIRACLSの可能性を示しており、最初の測定は中性子過剰のマグネシウムとカドミウム同位体で行われると予測されています。^[6]

外部リンク

ISOLDEウェブサイトのMIRACLSページ
MIRACLSウェブサイト

参考文献

^ “MIRACLS”. miracls.web.cern.ch . 2023年8月2日閲覧。
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[1] “MIRACLS”. miracls.web.cern.ch . 2023年8月2日閲覧。

[2] Neugart, R; Billowes, J; Bissell, ML; Blaum, K; Cheal, B; Flanagan, KT; Neyens, G; Nörtershäuser, W; Yordanov, DT (2017-06-01). 「ISOLDE での共線レーザー分光法: 新しい方法とハイライト」. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 44 (6): 064002. Bibcode :2017JPhG...44f4002N. doi : 10.1088/1361-6471/aa6642 . ISSN 0954-3899.

[3] Lagaki, V.; Heylen, H.; Belosevic, I.; Fischer, P.; Kanitz, C.; Lechner, S.; Maier, FM; Nörtershäuser, W.; Plattner, P.; Rosenbusch, M.; Sels, S.; Schweikhard, L.; Vilen, M.; Wienholtz, F.; Wolf, RN (2021-10-21). 「MIRACLS装置の精度ベンチマーク：MR-ToFデバイス内の従来のシングルパス共線レーザー分光法」。核物理学研究における計測機器および方法セクションA：加速器、分光計、検出器および関連機器。1014 ：165663 。書誌コード：2021NIMPA101465663L。土井：10.1016/j.nima.2021.165663。ISSN 0168-9002。

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[8] レヒナー、サイモン;フィッシャー、ポール。ヘイレン、ハンネ。ラガキ、ヴァルバラ;マイヤー、フランツィスカ。プラトナー、ピーター。ローゼンブッシュ、マルコ。セルズ、サイモン。ウィーンホルツ、フランク。ウルフ、ロバート N.ネルタースホイザー、ヴィルフリート;シュヴァイハルト、ルッツ。マルブルノー＝エッテナウアー、ステファン（2019-08-20）。「静電イオンビームトラップの新しい診断ツールとしての蛍光検出」。超微細相互作用。240 (1): 95。ビブコード:2019HyInt.240...95L。土井: 10.1007/s10751-019-1628-1。hdl : 20.500.12708/16264。ISSN 0304-3843。S2CID 254544306 。

[9] ラガキ、V.;フィッシャー、P.ヘイレン、H。ハマー、F.レヒナー、Ｓ．セルス、S.マイヤー、F.プラトナー、P.ローゼンブッシュ、M.ウィーンホルツ、F.ウルフ、RN;ネルタースホイザー、W.シュヴァイハルト、L. Malbrunot-Ettenauer、S. (2020)。「MIRACLS原理実証実験における迷光抑制」。アクタフィジカポロニカ B . 51 (3): 571。書誌コード:2020AcPPB..51..571L。土井：10.5506/APhysPolB.51.571。ISSN 0587-4254。S2CID 226718972。

[10] Lagaki, Varvara (2021年4月28日). 「短寿命放射性核種のレーザー分光法のための静電イオンビームトラップの開発」(PDF)。博士号: グライフスヴァルト大学。