Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic 1) Identifikace supertěžkých elementů pomocí sekvence rozpadů alfa 2) Studium horké a husté hmoty pomocí.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic 1) Identifikace supertěžkých elementů pomocí sekvence rozpadů alfa 2) Studium horké a husté hmoty pomocí."— Transkript prezentace:

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

2 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 Rozpad řadou rozpadů alfa → částice alfa nesou informaci o rozdílu energie jader 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, E EX ~ 10 MeV 4) Slučování těžkých jader „za horka“ – použití 48 Ca (Z = 20) E EX ~ 40 MeV Produkce supertěžkých prvků Kapkový model: 1) s rostoucím protonovým číslem klesá stabilita 2) s rostoucím protonovým číslem roste přebytek neutronů Existence „stabilnějších“ supertěžkých elementů umožněna existencí magických čísel - slupkové struktury ↔ slupkový model Konkurence objemové energie (vazba silnou interakcí) a coulombovské energie Ostrov stability – Z = 114 a N = 184 – závisí na tvaru potenciálu, značná neurčitost

3 Detekce supertěžkých prvků v GSI Darmstadt Identifikace jednotlivých případů vzniku a rozpadu supertěžkého prvku: 1)Zachycení všech alfa ze sekvence rozpadů a určení jejich energie 2)Identifikace štěpení Rychlostní filtr: Elektrické deflektory a dipólové magnety: F el = q·EF mag = q·v·B Výběr vzniklého složeného jádra: Správný výběr E a B  pro v CM je F TOT = F el – F mag = 0 dipolové magnety elektrické deflektory TOF rotující terč kvadrupólové magnety zastavení svazku svazek Zařízení SHIP 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 Rotující terč (Pb, Bi) nízký bod tání intenzivní svazek – jader/s

4 TOF spektrometr: Potlačení zbývajícího pozadí: Start – průchodové detektory, tenké uhlíkové folie (produkce elektronu) a mikrokanálové destičky Stop – 16 křemíkových stripových detektorů ΔE = 14 keV pro alfa z 241 Am Efektivita 99,8%, rozlišení 700 ps Pokrytí: 80% z 2π HPGe detektory – fotony z vybíjení vybuzených jader průchodové detektory stop detektor (křemíkový) Účinné průřezy až ~ pb, jedno jádro za desítky dní Velmi intenzivní svazky po dobu měsíců

5 107 Bh Bohrium 108 Hs Hassium 109 Mt Meitnerium 110 Dm Darmstadtiumu 111 Rg Roentgenium 112 prokázán Slučování při nízkých energiích: Výsledky z GSI potvrzeny i v japonské laboratoři RIKEN 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 Reakce: 48 Ca Pu → Z = 114, A = 292 Excitační funkce pro reakci C+Pu

6 Mapa supertěžkých prvku Slučování za „studena“ Slučování za „horka“

7 108 Hassium – poslední prvek zatím zkoumaný chemicky Oxid rutheničelý RuO 4 Oxid osmičelý OsO 4 Oxid hassičelý HsO 4 Chemická analýza jednotlivých atomů Jádro se rozpadne dříve než vznikne další Zkoumání těkavosti → oxidy X–čelé velmi těkavé Známé izotopy hassia První produkované jádro hassia Produkce stabilnějších izotopů Hs úzký kanálek s klesající teplotou od -20 o C do -170 o C → čím těkavější tím dále se dostane než adsorbuje Hs s A ~ 288 bude možná velmi stabilní

8 Studium horké a husté jaderné hmoty pomocí produkce nabitých částic Snaha o 4π detektory nabitých částic Příklad FOPI spektrometr v GSI Darmstadt Určení teploty jaderné hmoty – průběh spektra Schéma FOPI spektrometru Zobrazení případu zaznamenaného FOPI spektrometrem spektrometr nabitých částic FOPI Srážky relativistických těžkých iontů → velký počet produkovaných nabitých částic Určení tlaku – kolektivní toky částic Určení stavové rovnice jaderné hmoty

9 Zavedli jsme příčnou hmotnost m T : a rapiditu y:a tedy: Oblast terče Y REL  -1Srážková oblast Y REL  0 Oblast projektilu Y REL  +1 Relativní rapidita: Y REL = (Y - Y PRO /2)/(Y PRO /2) Y PROJ - rapidita projektilu Identifikace nabitých částic Spektra nabitých částic (Ni+Ni a Au+Au experimenty energie svazku 1 GeV/A)

10 T wo A rm P hoton S pectrometer Detekce kromě gama i nabité částice 384 BaF 2 detektorů s plastikovým vetem -- rozlišení neutrálních a nabitých částic součinost s TOF stěnou z plastiku - charakteristika srážky: Energie svazku: 10 MeV GeV (GSI Darmstadt, KVI Groningen GANIL Caen, CERN)

11 Kolektivní toky nukleonů N = N 0 ( 1 + A·cosφ + B·cos(2·φ)) Relativní rapidita: Y REL = (Y - Y PRO /2)/(Y PRO /2) Y PROJ - rapidita projektilu Oblast terče Y REL  -1Srážková oblast Y REL  0Oblast projektilu Y REL  +1 A - velikost asymetrií v rovině srážky B - velikost asymetrií kolmo na ni (eliptický tok) A < 0, B = 0A = 0, B < 0A > 0, B = 0

12 Odtlačení nukleonů „bounce off“ v rovině srážky: Vystříknutí „squeeze out“ kolmo na rovinu srážky Experimentální data - závislost velikosti kolektivního toku na počtu nukleonů - v souladu s hydrodynamickými modely Závislost kolektivních toků na rapiditě (původu nukleonů) terčová oblast srážková oblast terčová oblast srážková oblast

13 Aplikace v materiálovém výzkumu -rozptyl, kanálování, reakce iontů... Tandetrom 4130 MC v ÚJF AVČR využívaný v materiálovém výzkumu – od H až po Au, energie stovky keV a desítky MeV Využití iontů pro modifikaci a zkoumání struktury povrchových vrstev pevných materiálů Různé typy křemíkových polovodičových detektorů nabitých částic Využití urychlovačů iontů na relativně nízké energie v řádu keV až MeV Spektrometry nabitých jader – často polovodičové křemíkové detektory

14 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 dopadající iont rozptýlený iont detektor RBS Pružný rozptyl iontů: dopadající iont odražený iont detektor

15 Reakce iontů s jádry PIGE (Particle Induced Gamma ray Emission) PIXE – (Particle Induced Gamma ray Emission) Iontová litografie a obrábění iontovými svazky – příprava mikroelektronických a optoelektronických komponent a mikroskopických mechanických zařízení. Ozubená kolečka vytvořená metodou iontové litografie ve fotorezistu Iontová implantace – modifikace povrchových vrstev materiálů Modifikace a opracování materiálů AMS – urychlovačová hmotnostní spektroskopie – příměsi prvků v koncentracích – často pro uhlíkové datování Iontová mikrosonda – velmi úzký intenzivní svazek iontů – použití – skenování povrchů objektů s přesností v řádu mikrometrů viz. spektroskopie gama


Stáhnout ppt "Aplikace spektrometrie těžkých nabitých částic 1) Identifikace supertěžkých elementů pomocí sekvence rozpadů alfa 2) Studium horké a husté hmoty pomocí."

Podobné prezentace


Reklamy Google