Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 15

Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic PowerPoint PPT Presentation


  • 64 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic. 1) Identifikace supertěžkých elementů pomocí sekvence rozpadů alfa 2) Studium horké a husté hmoty pomocí spektrometrie nabitých částic. srážka těžkých iontů při ultrarelativistických energiích. Tabulka izotopů v oblasti supertěžkých prvků.

Download Presentation

Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic

1) Identifikace supertěžkých elementů pomocí sekvence rozpadů alfa

2) Studium horké a husté hmoty pomocí spektrometrie nabitých částic

srážka těžkých iontů při ultrarelativistických energiích

Tabulka izotopů v oblasti supertěžkých prvků


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Produkce supertěžkých prvků

Kapkový model: 1) s rostoucím protonovým číslem klesá stabilita

2) s rostoucím protonovým číslem roste přebytek neutronů

Konkurence objemové energie (vazba silnou interakcí) a coulombovské energie

Existence „stabilnějších“ supertěžkých elementů umožněna existencí magických čísel

- slupkové struktury ↔ slupkový model

Ostrov stability – Z = 114 a N = 184 – závisí na tvaru potenciálu, značná neurčitost

Problém: velmi malé účinné průřezy

produkce jen jednotlivých jader – nutná bezesporná identifikace

Energie : 1) dostatečná na překonání coulombovské bariery

2) co nejmenší, aby složené jádro vydrželo

Možnosti produkce: 1) Neutronový záchyt – po Z = 100 (pak dřívější rozpad než záchyt)

2) Reakce lehkého jádra na těžkém terči

3) Slučování těžkých jader „za studena“ – projektil A ~ 40,

EEX ~ 10 MeV

4) Slučování těžkých jader „za horka“ – použití 48Ca (Z = 20)

EEX~ 40 MeV

Rozpad řadou rozpadů alfa → částice alfa nesou informaci o rozdílu energie jader


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

TOF

zastavení svazku

dipolové magnety

rotující terč

elektrické deflektory

kvadrupólové magnety

svazek

Detekce supertěžkých prvků v GSI Darmstadt

Prvek 107 – 112 zařízení SHIP v GSI Darmstadt: slučovací reakce na jádrech Pb, Bi: využití separace, separace složeného jádra, implantace do aktivního objemu detektoru a identifikace pomocí řady rozpadů alfa

Identifikace jednotlivých případů vzniku a rozpadu supertěžkého prvku:

  • Zachycení všech alfa ze sekvence rozpadů a určení jejich energie

  • Identifikace štěpení

Rotující terč (Pb, Bi) nízký bod tání

intenzivní svazek – 1012 jader/s

Výběr vzniklého složeného jádra:

Rychlostní filtr:

Elektrické deflektory a dipólové magnety:

Fel = q·E

Fmag = q·v·B

Zařízení SHIP

Správný výběr E a B  pro vCMje FTOT = Fel – Fmag = 0


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Potlačení zbývajícího pozadí:

TOF spektrometr:

Start – průchodové detektory, tenké uhlíkové folie (produkce elektronu) a mikrokanálové destičky

Efektivita 99,8%, rozlišení 700 ps

Stop – 16 křemíkových stripových detektorů ΔE = 14 keV pro alfa z 241Am

průchodové detektory

Pokrytí: 80% z 2π

HPGe detektory – fotony z vybíjení vybuzených jader

Účinné průřezy až ~ pb, jedno jádro za desítky dní

Velmi intenzivní svazky po dobu měsíců

stop detektor

(křemíkový)


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Slučování při nízkých energiích:

  • 107 Bh Bohrium

  • Hs Hassium

  • 109 Mt Meitnerium

  • Dm Darmstadtiumu

  • Rg Roentgenium

  • 112 prokázán

První identifikované rozpady zatím pojmenovaného prvku s největším Z

Další – slučování za vyšších energií:

(112, 113, 114, 115, 116, 118)

Problém – nekončí u známých izotopů,

dost dlouhé poločasy rozpadu

(problém s identifikací pomocí koincidencí)

Rok 2006 – navázání –zdá se OK

Výsledky z GSI potvrzeny i v japonské laboratoři RIKEN

Reakce:48Ca + 244Pu → Z = 114, A = 292

Excitační funkce pro reakci C+Pu


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Slučování za „studena“

Slučování za „horka“

Mapa supertěžkých prvku


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Chemická analýza jednotlivých atomů

Jádro se rozpadne dříve než vznikne další

108 Hassium – poslední prvek zatím zkoumaný chemicky

Známé izotopy hassia

První produkované jádro hassia

Oxid rutheničelý RuO4

Oxid osmičelý OsO4

Oxid hassičelý HsO4

Zkoumání těkavosti → oxidy X–čelé velmi těkavé

Produkce stabilnějších izotopů Hs

úzký kanálek s klesající teplotou od -20oC do -170oC → čím těkavější tím dále se dostane

než adsorbuje

Hs s A ~ 288 bude možná velmi stabilní


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Studium horké a husté jaderné hmoty pomocí produkce nabitých částic

Srážky relativistických těžkých iontů →

velký počet produkovaných nabitých částic

Snaha o 4π detektory nabitých částic

Příklad FOPI spektrometr v GSI Darmstadt

Určení teploty jaderné hmoty – průběh spektra

Určení tlaku – kolektivní toky částic

Schéma FOPI spektrometru

Určení

stavové rovnice

jaderné hmoty

Zobrazení případu zaznamenaného FOPI spektrometrem

spektrometr nabitých částic FOPI


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Zavedli jsme příčnou hmotnost mT:

a rapiditu y:

a tedy:

Relativní rapidita:YREL = (Y - YPRO/2)/(YPRO/2) YPROJ - rapidita projektilu

Oblast projektilu YREL +1

Oblast terče YREL -1

Srážková oblast YREL 0

Spektra nabitých částic (Ni+Ni a Au+Au experimenty energie svazku 1 GeV/A)

Identifikace nabitých částic


T wo a rm p hoton s pectrometer

Two Arm Photon Spectrometer

Detekce kromě gama i nabité částice

384 BaF2 detektorů

s plastikovým vetem -- rozlišení neutrálních a nabitých částic

součinost s TOF stěnou z plastiku

- charakteristika srážky:

Energie svazku: 10 MeV - 200 GeV

(GSI Darmstadt, KVI Groningen

GANIL Caen, CERN)


Kolektivn toky nukleon

Kolektivní toky nukleonů

N = N0( 1 + A·cosφ + B·cos(2·φ))

A - velikost asymetrií v rovině srážky

B - velikost asymetrií kolmo na ni (eliptický tok)

Relativní rapidita:YREL = (Y - YPRO/2)/(YPRO/2) YPROJ - rapidita projektilu

A < 0, B = 0

A = 0, B < 0

A > 0, B = 0

Oblast terče YREL -1

Srážková oblast YREL 0

Oblast projektilu YREL +1


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Závislost kolektivních toků na rapiditě (původu nukleonů)

Experimentální data - závislost velikosti kolektivního toku na počtu nukleonů - v souladu s hydrodynamickými modely

Odtlačení nukleonů „bounce off“

v rovině srážky:

Vystříknutí „squeeze out“ kolmo

na rovinu srážky

terčová oblast

srážková oblast

terčová oblast

srážková oblast


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Aplikace v materiálovém výzkumu -rozptyl, kanálování, reakce iontů ...

Využití iontů pro modifikaci a zkoumání struktury povrchových vrstev pevných materiálů

Využití urychlovačů iontů na relativně nízké energie v řádu keV až MeV

Spektrometry nabitých jader – často polovodičové křemíkové detektory

Různé typy křemíkových polovodičových detektorů nabitých částic

Tandetrom 4130 MC v ÚJF AVČR využívaný

v materiálovém výzkumu – od H až po Au, energie stovky keV a desítky MeV


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

detektor

odražený

iont

dopadající

iont

rozptýlený

iont

dopadající

iont

detektor

Pružný rozptyl iontů:

RBS (Rutheford Backscattering Spectroscopy) - spektroskopie nabitých částic zpětně rozptýlených

Ruthefordovým rozptylem – vrstvy od nm do μm – spektroskopie rozptýlených iontů

polovodičovými detektory. Změna energie dána změnou hybnosti a ionizačními ztrátami –

zjišťují se profily rozložení příměsí v materiálů – těžká jádra

RBS channeling– kanálování nabitých částic – krystalické struktury – určení směrů význačných

krystalových os a příměsí – natáčení krystalového vzorku

ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) – detekce atomů vyražených ionty – spíše lehčí prvky,

od vodíku až po dusík – lze tak i kontrolovaně měnit vlastnosti povrchů – studium obsahu

vodíku v polymerech spojení s měřením doby letu iontů

ERDA

RBS


Aplikace spektrometrie t k ch nabit ch stic

Reakce iontů s jádry

PIGE (Particle Induced Gamma ray Emission)

PIXE – (Particle Induced Gamma ray Emission)

viz. spektroskopie gama

Modifikace a opracování materiálů

Iontová mikrosonda – velmi úzký intenzivní svazek iontů – použití – skenování povrchů objektů s přesností v řádu mikrometrů

Iontová implantace – modifikace povrchových vrstev materiálů

Iontová litografie a obrábění iontovými svazky – příprava mikroelektronických a optoelektronických komponent a mikroskopických mechanických zařízení.

AMS – urychlovačová hmotnostní spektroskopie – příměsi prvků v koncentracích 10-15 – často pro uhlíkové datování

Ozubená kolečka vytvořená metodou iontové litografie ve fotorezistu


  • Login