Промінь швидкого іонно-повільного зіткнення іонів (FISIC) - Інститут нанонаук Парижу
До цього часу іонно-іонні зіткнення в атомній фізиці виконувались головним чином у контексті магнітно обмежених плазм за допомогою пристроїв з перехрещеними пучками в області низьких енергій, де захоплення електронів є домінуючим процесом. Вимірювань і надійних теоретичних прогнозів повністю не вистачає для зіткнень із швидкими іонами (МеВ/од), повільних іонів (кеВ/од), режиму, в якому передача енергії іонів є максимальною, і де всі первинні електронні процеси (захоплення електронів, -втрата) і -збудження) досягають свого максимуму.
Рисунок 1: Режим іонно-іонного зіткнення для різних теоретичних підходів у порівнянні з режимом, досягнутим FISIC.
Для заповнення пробілів розроблений новий експеримент зіткнення іонів з іонами, проект FISIC (Швидкі іонні повільні зіткнення іонів), мобільний експеримент, що дозволяє проводити зіткнення іонів-іонів з перехрещеними пучками на різних потужностях іонних пучків. До співпраці FISIC беруть участь групи з CiMap (Кан), GSI (Дармштадт) та iOQ (Єна), які співпрацюють за проектом-ANR-13-IS04-0007 та GANIL (Кан) за контрактом CPIER 2015-2025.
Рисунок 2: Режим іонно-іонного зіткнення для різних теоретичних підходів у порівнянні з режимом, досягнутим FISIC.
Іонно-променева лінія низьких енергій
Експеримент FISIC можна розділити на дві частини: лінію пучка іонів високої енергії та лінію пучка іонів високої енергії. Хоча іони високої енергії будуть забезпечуватися спеціалізованими інститутами, такими як GSI та GANIL, іони низької енергії будуть забезпечуватися мобільною лінією променя, спеціально побудованою для цієї мети. Ця балка складається з чотирьох частин, які будуть описані далі.
Малюнок 3: Лінія променя низької енергії FISIC
Формування джерела та променя
Перш ніж проводити експерименти з іонним пучком, його слід створити та прискорити. Ми використовуємо комерційно доступне джерело іонів PANTECHNIK SUPERNANOGAN ECR, з якого іони витягуються з енергією до 20 qkeV.
Рисунок 4: Схема області джерела іонів низькоенергетичної іонної променевої лінії
Після прискорення іонний пучок є масою для заряду, вибраною в дипольному магніті 90 °. Слідом за магнітом встановлюється вимірювач випромінювання для легкого контролю розміру та розбіжності променя. Перед входом у наступну секцію лінії променя промінь проходить електромагнітний квадрупольний триплет для фокусування променя. Кілька стадій диференціальної накачки включені в промінь для зменшення вакуумного тиску з приблизно 1 e -4 мбар у джерелі до 1 e -10 мбар перед системою очищення заряду.
Очищення стану заряду
Оскільки особливо сильно заряджені пучки повільних іонів можуть зазнати значного обмінного розсіювання із залишковими молекулами газу, виникає необхідність вставити другу систему вибору зарядного стану поблизу експериментальної області. Для пучків низьких енергій іонів зручно використовувати для цього електричні поля. Для підтримання осі поширення іонного пучка встановлена система очищення омега-форми, що складається з чотирьох циліндричних дефлекторів 140 °.
Рисунок 5: Схема омега-камери із зазначеним принципом очищення іонним пучком
Різні зарядні стани з однаковою кінетичною енергією мають різні траєкторії всередині конструкції, так що іони, які зазнали іонізації або захоплення в зіткненнях залишкового газу, можуть легко фільтруватися за допомогою апертур пучка, що відсікають зовнішні пучки. Фокусування променя досягається за допомогою лінз Ейнцеля на початку та в кінці конструкції, а також завдяки внутрішньому фокусуванню циліндричних дефлекторів у площині відхилення. Для додаткового фокусування перпендикулярно до цієї площини мацудні електроди встановлені поверх дефлекторів, які не показані на схематичній графіці. У цій камері повинен бути досягнутий вакуум, кращий 1 e -10 мбар.
Зона взаємодії
В принципі перетинання і, отже, взаємодія пучків іонів може здійснюватися безпосередньо в порожньому просторі. Для того, щоб мати можливість практикувати енергетичне маркування та диференціювати продукти від взаємодії іонів та взаємодії іонно-залишкового газу, в точці перетину можна вставити коробку високої напруги.
Рисунок 6: Інтер'єр камери взаємодії із зазначеними траєкторіями променя
Для подальшого вимірювання розміру та розподілу пучка іонів з низькою енергією, масив чашки Фарадея можна перемістити в те саме положення. Ця інформація необхідна для розрахунку абсолютних перерізів реакції. У випадку, якщо експеримент встановлений на різних об'єктах користувача, обидва елементи можуть незалежно один від одного повністю відступити від лінії променя, щоб поліпшити вакуум і не перешкоджати іншим експериментам.
Виявлення продукту
Виявлення іонів продукту внаслідок зіткнення двох пучків дещо змінюється для іонного пучка з високою та низькою енергією. Розділення на пучку іонів високої енергії відбувається природним чином у наступному магнітному диполі, що слідує за камерою зіткнення. Розмістивши відповідні детектори в потрібному положенні в дипольній камері, вироби можна легко виявити. Для цієї мети ми використовуємо сцинтиляційні детектори, розроблені в iOQ Jena, та конвертерні пластинчасті канальтронні детектори, розроблені в JLU Giessen та GSI Darmstadt.
Рисунок 7: Схема установки детектора енергії власного струму
Для розділення іонів продукту на лінії променя низької енергії використовується електростатична циліндрична дефлекторна система 90 °. Для виявлення використовуються два різні підходи. Високий інтенсивний первинний промінь виявляється за допомогою стандартної чашки Фарадея. Поруч із ним комерційно доступний детектор мікроканальних пластин, чутливий до позиції, для виявлення менш інтенсивних променів продукту.