Электронно-лучевая ионная ловушка - Electron beam ion trap

Схема электронно-лучевой ионной ловушки. Красный: нить накала источника электронов, синий: электронный луч, черный: электроды, зеленый: магнит. Тонкая линия представляет электрический потенциал по оси.

Электронно-лучевая ионная ловушка (EBIT) является электромагнитный бутылка, которая производит и ограничивает сильно заряженные ионы. EBIT использует электронный луч сфокусирован мощным магнитным полем, чтобы ионизировать атомы в состояния с высоким зарядом путем последовательного электрон влияние.

Его изобрели М. Левин и Р. Маррс в LLNL и LBNL.[1]

Операция

Положительные ионы, образующиеся в области, где атомы пересекают электронный пучок, плотно ограничены в своем движении сильным притяжением, создаваемым отрицательным зарядом электронного пучка. Поэтому они вращаются вокруг электронного пучка, часто пересекая его и вызывая дальнейшие столкновения и ионизацию. Чтобы ограничить движение ионов в направлении оси электронного пучка, используются электроды-улавливатели, несущие положительное напряжение относительно центрального электрода.

Результирующий ионная ловушка может удерживать ионы в течение многих секунд и минут, а условия для достижения самых высоких зарядовых состояний, вплоть до чистого урана (U92+) может быть достигнута таким образом.[2]

Сильный заряд, необходимый для радиального удержания ионов, требует больших токов электронного пучка от десятков до сотен миллиампер. При этом высокие напряжения (до 200 киловольты ) используются для ускорения электронов с целью достижения высоких зарядовых состояний ионов.

Чтобы избежать уменьшения заряда ионов за счет столкновений с нейтральными атомами, от которых они могут захватывать электроны, вакуум в аппарате обычно поддерживается на уровне UHV уровней, с типичными значениями давления всего 10−12 торр, (~ 10−10 паскаль ).

Приложения

EBIT используются для исследования фундаментальных свойств сильно заряженные ионы е. г. фотоном спектроскопия в частности в контексте релятивистский атомная структура теория и квантовая электродинамика (QED). Их пригодность для приготовления и воспроизведения в микроскопическом объеме в условиях высокой температуры. астрофизическая плазма и термоядерный синтез с магнитным удержанием плазма делает их очень подходящими инструментами исследования. Другие области включают изучение их взаимодействия с поверхностями и возможные приложения для микролитография.

Рекомендации

  1. ^ Левин, Мортон А; Маррс, Р. Э .; Хендерсон, Дж. Р.; Кнапп, Д. А.; Шнайдер, Мэрилин Б. (1 декабря 1987 г.). «Электронно-лучевая ионная ловушка: новый прибор для измерений в атомной физике». Physica Scripta. IOP Publishing. T22: 157–163. Дои:10.1088 / 0031-8949 / 1988 / t22 / 024. ISSN  0031-8949.
  2. ^ Marrs, R.E .; Elliott, S. R .; Кнапп, Д. А. (27 июня 1994 г.). «Производство и улавливание водородоподобных и чистых ионов урана в ионно-электронной ловушке». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 72 (26): 4082–4085. Дои:10.1103 / Physrevlett.72.4082. ISSN  0031-9007. PMID  10056377.
  • Marrs, Roscoe E .; Байерсдорфер, Питер; Шнайдер, Дитер (1994). «Электронно-лучевая ионная ловушка». Физика сегодня. Издательство AIP. 47 (10): 27–34. Дои:10.1063/1.881419. ISSN  0031-9228.
  • Marrs, R.E .; Левин, М. А .; Кнапп, Д. А .; Хендерсон, Дж. Р. (25 апреля 1988 г.). «Измерение сечений электронного удара – возбуждения очень сильно заряженных ионов». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 60 (17): 1715–1718. Дои:10.1103 / Physrevlett.60.1715. ISSN  0031-9007. PMID  10038121. - Первое измерение с помощью атомной спектроскопии EBIT
  • Morgan, C.A .; Serpa, F. G .; Takács, E .; Meyer, E. S .; Gillaspy, J.D .; Sugar, J .; Робертс, Дж. Р .; Brown, C.M .; Фельдман, У. (6 марта 1995 г.). «Наблюдение видимых и ультрафиолетовых магнитных дипольных переходов в сильно заряженных ксеноне и барии». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 74 (10): 1716–1719. Дои:10.1103 / Physrevlett.74.1716. HDL:1969.1/182526. ISSN  0031-9007. PMID  10057739.
  • Ченг, Хай-Пин; Гилласпи, Дж. Д. (15 января 1997 г.). «Наномасштабная модификация поверхности кремния посредством кулоновского взрыва». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 55 (4): 2628–2636. Дои:10.1103 / Physrevb.55.2628. ISSN  0163-1829. S2CID  38152493.
  • Gillaspy, J.D .; Парки, округ Колумбия; Ратлифф, Л.П. (1998). «Литография замаскированного ионного пучка с высокозарядными ионами» Журнал Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. Американское вакуумное общество. 16 (6): 3294. Дои:10.1116/1.590367. ISSN  0734-211X.
  • Каррелл, Фредерик Джон; Асада, Джунджи; Исии, Коичи; Минох, Аримичи; Мотохаши, Кенджи; и другие. (15 октября 1996 г.). «Новая универсальная электронно-лучевая ионная ловушка». Журнал Физического общества Японии. Физическое общество Японии. 65 (10): 3186–3192. Дои:10.1143 / jpsj.65.3186. ISSN  0031-9015.
  • Бейер, Генрих Ф .; Клюге, Х.-Юрген; Шевелко, Вячеслав П. (1997). Рентгеновское излучение высоко заряженных ионов.. Весенняя серия по атомам + плазме. 19. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. Дои:10.1007/978-3-662-03495-8. ISBN  978-3-642-08323-5.

внешняя ссылка