不安定核Beイオンの精密分光を目的とした液体He冷却線形イオントラップの開発

开发用于不稳定核铍离子精确光谱的液氦冷却线性离子阱

基本信息

  • 批准号:
    11740245
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
  • 财政年份:
    1999
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1999 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

[概要]昨年度に開発した液体He冷却線形イオントラップを用いてガス冷却及びレーザー冷却されたイオン(不安定核超微細構造分光の対象であるBe^+及びCa^+イオン)のトラップの寿命測定をレーザー誘起蛍光法を利用して行い,冷却型線形イオントラップの有効性を実験的に検証した.[実験・結果]Be^+の実験では,Heガス冷却及びレーザー冷却状態での閉じ込めの寿命を測定した.Beは質量数が9(安定核の場合)と特に軽い元素である.よって,残留ガスとの衝突加熱効果が大きく,これまでHeガス冷却を利用した実験の報告はない.しかし,イオントラップ外部で生成されたイオンの入射・捕獲をしなければならない不安定核実験の場合,トラッピング初期過程におけるHeガス冷却法の利用は不可欠である.そこで本研究では液体He冷却された線形トラップ中にHeガスを導入し,トラップの寿命に対する効果を観測した.その結果,室温の線形トラップでは数10秒程度であった寿命が約15分まで延長されることを確認した(ガス圧約10^<-4>Paの場合).トラップ寿命の飛躍的な延びは冷却パネルにおけるクライオポンピング効果によって導入ガス中の不純物が大幅に取り除かれたことと,Heガス自身が冷却パネルで冷却されたためにイオンに対するガス冷却が有効に働いたことが理由と考えられる.さらに途中でガスを遮断した場合,時間経過(数10秒〜数分程度)とともに蛍光強度が増加する様子が観測され,ガス冷却からレーザー冷却への移行も可能であることを確認した.また,本研究ではレーザー冷却されたBe^+のトラップ寿命の測定も行った.軽元素イオンであるBe^+の場合,たとえレーザー冷却されていても僅かな残留ガスとの衝突による加熱・消失を避けることができないが(真空度〜10^<-7>Paの場合,室温状態でのトラップ寿命は数分〜10分程度),液体He冷却線形イオントラップを用いた場合,トラップの寿命が約3時間まで延長され,さらに結晶化されたイオン集団をロスすることなく約30分間保持することが可能となった.一方,Caイオンを用いた実験では液体窒素冷却された線形イオントラップを利用し,Heガス冷却下でのトラップ寿命の測定を試みた.Beの場合と同様に寿命の飛躍的な延長を確認できた.トラップの寿命は少なくとも10時間まで延長され,長時間にわたる測定では液体窒素による冷却を続ける限りイオンのレーザー誘起蛍光が消失することはなかった(4日間の閉じ込めまでを確認).よって長寿命の不安定Ca同位体の超微細構造分光に対しては液体窒素冷却のみで十分である.なお,Cryogenic領域の真空度は直接測定できないが,コンダクタンスとガス放出率の見積りから,トラップ周辺では10^<-10>Pa以下であると推定できる(ガス導入なし,液体He冷却の場合).[結論]液体He冷却線形イオントラップはレーザー冷却されたイオンのトラップ寿命の延長に大きな効果があり,残留ガスに起因するイオンロスを極力小さくできることを実証した.また,Heガス冷却された軽元素イオンの寿命の延長に対しても非常に有効であることを実験的に初めて確認した.
[Summary] In the past year, the development of liquid He cooling line shape, cooling and cooling line shape (unstable nuclear ultra-fine structure spectroscopy object such as Be^+ and Ca^+), the life measurement of the liquid He cooling line shape, cooling line shape, cooling [Result]Be^+ is a rare element in the cooling and cooling state. The mass number of Be is 9(in stable nuclear cases). The heat effect of the residual gas is large, and the cooling effect is large. In the case of unstable nuclei, it is necessary to utilize the cooling method in the initial stage of the process. In this study, the effect of liquid helium cooling on the life of helium was investigated. As a result, the temperature of the line is about 10 seconds, the life is about 15 minutes, and it is confirmed that the temperature is about 10 <-4>Pa. The delay of the jump in the life span of the cooling system is due to the fact that impurities in the introduction system are largely removed from the cooling system itself. When the time passes (several seconds to several minutes), the intensity of the light increases, and the temperature decreases. In this study, we determined the lifetime of the cooling system. In the case of element He ^+, <-7>it is possible to prolong the service life of He by about 3 minutes, and to keep it for about 30 minutes by crystallization. In one case,Ca ~(2 +) is used to determine the linear shape of liquid nitrogen cooling system. In the other case, the measurement of the life span of liquid nitrogen cooling system is confirmed. The service life of the liquid is less than 10 days, and the liquid is cooled down for a long time. The light is induced and disappeared. Ultrafine structural spectroscopy of unstable Ca isotope with long lifetime is very important for cooling of liquid element. The vacuum degree of Cryogenic region is directly measured, and the emission rate is estimated to be less than 10^<-10>Pa (when liquid He is cooled). [Conclusion] Liquid He cooling line shape is very important for prolonging the cooling life of liquid He. He is the first to confirm the existence of a cooling element.

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
K.Okada et al: "A Cryogenic Ion Trap for the Minimization of Trapped Ion Loss"Japanese Journal of Applied Physics. (掲載予定). (2001)
K. Okada 等人:“用于最小化捕获离子损失的低温离子阱”,《日本应用物理学杂志》(即将出版)。
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  • 通讯作者:
    岡田 邦宏

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