多反射飞行时间质谱仪的模拟计算与测试

发布时间：2020-04-25 17:53

【摘要】：质量作为原子核最重要的基本性质之一,反映了原子核内强、弱相互作用与电磁相互作用的综合结果,同时,质量测量对理解原子的组成、原子核结构模型及天体核物理中核合成等过程有着重要的指导意义。在诸多质量测量设备中,多反射飞行时间质谱仪可以实现短寿期(10毫秒)放射性同位素的分离与质量的精确测量。多反射飞行时间质谱仪可以满足当下及未来的新型加速器对奇特核的研究。本文的研究对象PILGRIM(PiègeàIons Linéaire du GANIL pour la Résolution des Isobares et la measure de Masse)是目前GANIL(法国国家重型离子加速器研究中心)致力于重核及超重核基础性质研究所开发的一种通过改变脉冲漂移段电势完成离子入射、俘获、出射的多反射飞行时间质谱仪。目前,PILGRIM在LPC Caen(法国卡昂粒子物理实验室)组装完成并投入初期实验,将于2018年作为离子束分离提纯及原子核质量精密测量装置安装在S3-LEB(超级分离装置低能量分支)项目中。在S3-LEB项目中同时使用了射频四级杆冷却聚束器来对所研究离子进行冷却与集束,以此向PILGRIM提供符合条件的入射离子,使其达到较高的质量分辨率。本文中,通过商用软件SIMION模拟得到了PILGRIM实验台中不同透镜电压配置、产生符合参数要求的脉冲离子束时的电势-时间控制参数及PILGRIM质量分析器内离子透镜组电势优化结果。利用模拟结果调节实验台,通过对稳定的钙离子(~(40)Ca~+)与钾离子(~(39)K~+与~(40)K~+)的实验论证了在适当的离子光学透镜参数下,PILGRIM对于不同强度、不同原子质量数的离子均具有较高的质量分辨率,实验中所得最大质量分辨率为80000,可完成~(40)Ca~+与~(40)K~+的分离。同时,利用SIMION模拟了在射频四极杆冷却聚束器中离子与缓冲气体分子的碰撞冷却过程,估算了在S3-LEB入射条件下离子有效冷却所需的时间,分别分析了在足够冷却条件下离子束温度、发射度与射频相的关系。模拟结果表明,离子的冷却是一个衰减震荡过程,且震荡周期不变(与射频四极杆冷却聚束器固有参数射频相有关)、振幅逐渐减小至稳定。
【图文】：

第 1 章绪论第 1 章绪论重要性态下的质量是表征原子核性质的最重要的参中充当着重要角色[1-4]。一般来说，通过对中原子核的结合能，从而直接反映了原子核相互作用间综合作用的结果，也对开发核能等[5]。同时，，它对探索原子核结构与性质、义。近年来，物理学家们对原子核进行了大是原子核质量的精确测量。其中不同的研究

匀强磁场和四极电场分别用于限制离子的径向和轴向轨迹，适用于离子和稳定亚原子粒子的精确质量测量。潘宁阱系统在世界各大实验室广泛地得到应用，如欧洲核子研究组织（CERN）的 ISOLTRAP[17]中潘宁阱可用于储存反物质（反质子）、精确质量测量[18]及离子束筛选[19,20]。德国亥姆霍兹重离子研究中心（GSI）的 SHIPTRAP[21]中潘宁阱可用于同位素净化等。潘宁阱质谱仪使用共振的方法测量离子在潘宁阱中的回旋频率，可以获得极高的频率测量精度[22]。在所有测量方法中，质量测量精度最高的是潘宁阱系统[23]。但潘宁阱系统存在一个弊端，即不适合测量寿命短于秒量级的原子核[24]。而对于短寿命原子核，则可以采用储存环质谱仪精确地测量其质量。1.3.1.2 储存环相比潘宁阱质谱仪，储存环质谱仪（如图 1. 2）的优势如下[25,26]：(1) 测量时间短，可测量短寿命核素质量(2) 可实现不同离子同时在储存环中，同时获得多种离子（原子核）质量
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH843

【参考文献】

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本文编号：2640526