تجربة المعجزات

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
مرايا MR-ToF لتجربة MIRACLS

جهاز انعكاس الأيونات المتعددة لتحليل الطيف الليزري الخطي ( MIRACLS ) هو جهاز تجريبي دائم قيد الإنشاء في منشأة ISOLDE في مركز CERN . يهدف هذا الجهاز إلى قياس خصائص النظائر المشعة النادرة ، من خلال قياسات دقيقة لبنيتها فائقة الدقة . سيستخدم MIRACLS التحليل الطيفي الليزري للقياسات، بهدف زيادة حساسية التقنية عن طريق حصر حزم الأيونات في مصيدة أيونية . [ 1 ]

خلفية

يُعدّ التحليل الطيفي بالليزر المتوازي تقنيةً تسمح بقياس خصائص النوى، مثل اللف المغزلي في الحالة الأرضية ، والعزوم الكهرومغناطيسية ، ونصف قطر الشحنة . تستخدم هذه التقنية حزمة أيونية مشعة ضيقة النطاق من نظير محدد ، وتُدمج مع حزمة ليزر ضيقة النطاق ذات موجة مستمرة بتردد محدد . يُضبط الليزر ليتوافق مع فرق الطاقة بين مستويات الطاقة الذرية المراد دراستها، مما يؤدي إلى امتصاص أو انبعاث فوتونات رنيني من الذرات. [ 2 ]

تقوم أجهزة قياس زمن الطيران متعددة الانعكاسات (MR-ToF) بعكس حزمة أيونية بين مرآتين كهرساكنتين ، مما يزيد من مسار طيران الأيون إلى عدة كيلومترات. وتساهم كتلة الجهاز في فصل الأيونات بالإضافة إلى زيادة مسار طيرانها، حيث أن الكتل المختلفة لها أزمنة طيران مختلفة. [ 3 ]

بول تراب لتجربة المعجزات

مصيدة بول ، والمعروفة أيضًا باسم مصيدة الأيونات رباعية الأقطاب أو مصيدة الترددات الراديوية ، هي مصيدة أيونية تستخدم المجالات الكهربائية الديناميكية لاحتجاز الجسيمات المشحونة . لا يمكن إنشاء تكوين من مجالات الكهرباء الساكنة لاحتجاز الجسيمات في ثلاثة أبعاد، ولكن يمكن تحقيق ذلك باستخدام المجالات الكهربائية الديناميكية. يتم تبديل اتجاهي الحصر ومنع الحصر بمعدل أسرع من الوقت الذي يستغرقه الجسيم للهروب من المصيدة.

الإعداد التجريبي

يتألف جهاز إثبات المبدأ MIRACLS من مصدر أيونات يصطدم بالإلكترونات، مما يوفر حزمة أيونات مغنيسيوم مستمرة ومستقرة. [ 4 ] تُحقن الحزمة في مصيدة بول مملوءة بغاز الهيليوم العازل، حيث تُبرد وتُجمع في حزم أيونية محددة. [ 5 ] تمر الحزم عبر مُعدِّل رباعي الأقطاب كهروستاتيكي، ثم تدخل منطقة MR-ToF حيث تُبطأ وتُلتقط. [ 4 ]

يتكون جهاز MR-ToF من مرآتين كهرساكنتين، مصنوعتين من أربعة أقطاب أسطوانية مطبقة عليها جهد كهربائي. [ 4 ] تُضبط الجهود لتحسين عملية الاحتجاز والتركيز، مع الحفاظ على منطقة الانجراف المركزية للجهاز خالية من المجالات المغناطيسية الخارجية. [ 6 ] تُحاط هذه المنطقة بقطب شبكي يتحكم في الجهد الكهربائي ويوفر شفافية محسّنة للفوتونات بالقرب من منطقة الكشف البصري (ODR). [ 7 ] تتكون منطقة الكشف البصري من نظام عدسات بصرية وأنبوب مضاعف ضوئي (PMT) للكشف عن فوتونات التألق المنبعثة من أيونات المغنيسيوم المثارة ، والمثبتة فوق القطب الشبكي. [ 8 ] يُحاط النظام بدرع واقٍ من الضوء الشارد لحجب الفوتونات غير المنبعثة من الأيونات في منطقة الكشف البصري. [ 9 ]

يدخل شعاع الليزر ذو النطاق الضيق والموجة المستمرة إلى الجهاز عبر نافذة كوارتز، عند أول مُعدِّل رباعي الأقطاب كهرساكن. [ 10 ] ويتداخل مع محور جهاز MR-ToF، وعند الرنين مع الانتقال البصري (المُزاح دوبلر)، يتم الكشف عن الفوتونات في أنبوب التضخيم الضوئي. [ 4 ]

تُقذف حزم الأيونات من جهاز MR-ToF بواسطة آلية الرفع داخل المصيدة، ثم تمر عبر جهاز ثني رباعي الأقطاب إلكتروني ثانٍ. [ 4 ] بعد ذلك، تُسجل على كاشف متعدد القنوات (MCP) ليتسنى رصدها. [ 6 ]

يهدف مشروع MIRACLS إلى زيادة حساسية تقنية مطيافية الليزر الخطي الفلوري، المستخدمة تقليديًا لقياسات التفاعلات فائقة الدقة (مثل COLLAPS ). وقد تحسّنت هذه التقنية حيث تمر حزم الأيونات عبر جهاز ODR خلال كل دورة في جهاز MR-ToF، مما يؤدي إلى تسجيل عدد أكبر من الفوتونات. [ 4 ]

نتائج

يجري حاليًا تصميم وبناء تجربة MIRACLS، ولذلك لا تتوفر سوى نتائج المحاكاة وإثبات المفهوم. تُظهر كلتا المجموعتين من النتائج إمكانات MIRACLS، مع توقع إجراء القياسات الأولى على نظائر المغنيسيوم والكادميوم الغنية بالنيوترونات. [ 6 ]

مراجع

  1. ↑ "المعجزات" . miracls.web.cern.ch . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-08-02 .
  2. ↑ نيوجارت، ر؛ بيلوز، ج؛ بيسيل، م.ل؛ بلاوم، ك؛ تشيل، ب؛ فلاناجان، ك.ت؛ نينز، ج؛ نورترشاوزر، و؛ يوردانوف، د.ت (2017-06-01). "مطيافية الليزر الخطية في ISOLDE: أساليب جديدة وأبرز النتائج" . مجلة الفيزياء G: الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات . 44 (6): 064002. Bibcode : 2017JPhG...44f4002N . doi : 10.1088/1361-6471/aa6642 . ISSN 0954-3899 . 
  3. ↑ لاغاكي، ف.؛ هيلين، هـ.؛ بيلوسيفيتش، إ.؛ فيشر، ب.؛ كانيتز، س.؛ ليشنر، س.؛ ماير، ف.م.؛ نورترشاوزر، و.؛ بلاتنر، ب.؛ روزنبوش، م.؛ سيلز، س.؛ شفايخارد، ل.؛ فيلين، م.؛ وينهولتز، ف.؛ وولف، ر.ن. (2021-10-21). "معيار دقة جهاز MIRACLS: مطيافية ليزرية خطية تقليدية أحادية المرور داخل جهاز MR-ToF" . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، المطيافات، الكواشف والمعدات المرتبطة بها . 1014 165663. رمز Bibcode : 2021NIMPA101465663L . دوى : 10.1016/j.nima.2021.165663 . ISSN 0168-9002 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 سيلز، س.؛ فيشر، ب.؛ هيلين، هـ.؛ لاغاكي، ف.؛ ليشنر، س.؛ ماير، ف.م.؛ بلاتنر، ب.؛ روزنبوش، م.؛ فينولتز، ف.؛ وولف، ر.ن.؛ نورترشاوزر، و.؛ شفايخارد، ل.؛ مالبرونو-إيتناور، س. (2020-01-15). "الخطوات الأولى في تطوير جهاز انعكاس الأيونات المتعددة لتحليل الطيف الليزري المتوازي" (ملف PDF) . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم ب: تفاعلات الحزم مع المواد والذرات . 463 : 310-314 . رمز Bibcode : 2020NIMPB.463..310S . دوى : 10.1016/j.nimb.2019.04.076 . ISSN 0168-583X . S2CID 156043276 .  
  5. ↑ فروبوز، كليمنس فريدريش (26 سبتمبر 2018). "محاكاة تدفق الغاز العازل لمصيدة بول في MIRACLS" (ملف PDF) . سيرن. جنيف. قسم .
  6. 1 2 3 ماير، إف إم؛ فيلين، إم؛ بيلوسيفيتش، آي؛ بوخينجر، إف؛ كانيتز، سي؛ ليشنر، إس؛ ليستنشنايدر، إي؛ نورترشاوزر، دبليو؛ بلاتنر، بي؛ شفايخارد، إل؛ سيلز، إس؛ فينولتز، إف؛ مالبرونو-إيتناور، إس. (2023-03-01). "دراسات محاكاة لجهاز MR-ToF بجهد 30 كيلو إلكترون فولت من أجل مطيافية ليزرية خطية عالية الحساسية" . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، المطيافات، الكواشف والمعدات المرتبطة بها . 1048 167927. رمز Bibcode : 2023NIMPA104867927M . دوى : 10.1016/j.nima.2022.167927 . ISSN 0168-9002 . S2CID 254957222 .  
  7. ↑ ماير، فرانزيسكا ماريا (مارس 2019). "مطيافية الليزر للنويدات المشعة قصيرة العمر في مصيدة أيونية: تجربة إثبات المبدأ لـ MIRACLS ومحاكاة جهاز MR-ToF المستقبلي بقدرة 30 كيلو إلكترون فولت" . جامعة يوهانس كيبلر لينز .
  8. ^ ليتشنر، سيمون. فيشر، بول؛ هيلين، هان. لاجاكي، فارفارا؛ ماير، فرانزيسكا؛ بلاتنر، بيتر؛ روزنبوش، ماركو؛ سيلس، سيمون. وينهولتز، فرانك؛ وولف، روبرت ن. نورترشاوزر، ويلفريد؛ شويخارد، لوتز؛ مالبرونو-إيتيناور، ستيفان (2019/08/20). "الكشف عن التألق كأداة تشخيصية جديدة لمصائد شعاع الأيونات الكهروستاتيكية" . التفاعلات فائقة الدقة . 240 (1): 95. بيب كود : 2019HyInt.240...95L . دوى : 10.1007/s10751-019-1628-1 . اتش دي ال : 20.500.12708/16264 . ISSN 0304-3843 . S2CID 254544306 .  
  9. ^ لاجاكي، ف. فيشر، ب. هيلين، ه.؛ هامر، ف. ليخنر، س. سيلز، S.؛ ماير، F .؛ بلاتنر، ب. روزنبوش، م. وينهولتز، F .؛ وولف، RN؛ نورترشاوسر، دبليو؛ شويخارد، L.؛ مالبرونو-إيتيناور، س. (2020). "قمع الضوء الشارد لتجربة MIRACLS لإثبات المبدأ" . اكتا فيزيكا بولونيكا ب . 51 (3): 571. بيب كود : 2020AcPPB..51..571L . دوى : 10.5506/APhysPolB.51.571 . ردمك 0587-4254 . S2CID 226718972 .  
  10. ↑ لاغاكي، فارفارا (28 أبريل 2021). "تطوير مصيدة شعاع أيوني كهروستاتيكية لتحليل الطيف الليزري للنويدات المشعة قصيرة العمر" (ملف PDF) . دكتوراه: جامعة غرايفسفالد .