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Trampa de iones con haz de electrones

Esquema de una trampa de iones con haz de electrones. Rojo: filamento de fuente de electrones, azul: haz de electrones, negro: electrodos , verde: imán. La línea fina representa el potencial eléctrico a lo largo del eje.

La trampa de iones por haz de electrones ( EBIT ) es una botella electromagnética que produce y confina iones altamente cargados . Una EBIT utiliza un haz de electrones enfocado con un campo magnético potente para ionizar átomos a estados de alta carga mediante el impacto sucesivo de electrones .

Fue inventado por M. Levine y R. Marrs en LLNL y LBNL . [1]

Operación

Los iones positivos producidos en la región donde los átomos interceptan el haz de electrones están fuertemente limitados en su movimiento por la fuerte atracción ejercida por la carga negativa del haz de electrones. Por lo tanto, orbitan alrededor del haz de electrones, cruzándolo con frecuencia y dando lugar a más colisiones e ionización. Para restringir el movimiento de los iones a lo largo de la dirección del eje del haz de electrones, se utilizan electrodos de atrapamiento que llevan voltajes positivos con respecto a un electrodo central.

La trampa de iones resultante puede retener iones durante muchos segundos y minutos, y de esta manera se pueden lograr las condiciones para alcanzar los estados de carga más altos, hasta el uranio desnudo (U 92+ ). [2]

La fuerte carga necesaria para el confinamiento radial de los iones requiere grandes corrientes de haz de electrones de decenas a cientos de miliamperios . Al mismo tiempo, se utilizan altos voltajes (hasta 200 kilovoltios ) para acelerar los electrones con el fin de lograr estados de carga elevados de los iones.

Para evitar la reducción de carga de los iones por colisiones con átomos neutros de los cuales pueden capturar electrones, el vacío en el aparato se mantiene normalmente en niveles UHV , con valores de presión típicos de solo 10 −12 torr, (~10 −10 pascal ).

Aplicaciones

Los EBIT se utilizan para investigar las propiedades fundamentales de iones altamente cargados , por ejemplo, mediante espectroscopia de fotones , en particular en el contexto de la teoría de la estructura atómica relativista y la electrodinámica cuántica (QED). Su idoneidad para preparar y reproducir en un volumen microscópico las condiciones de plasmas astrofísicos de alta temperatura y plasmas de fusión por confinamiento magnético los convierte en herramientas de investigación muy apropiadas. Otros campos incluyen el estudio de sus interacciones con superficies y posibles aplicaciones a la microlitografía .

Referencias

  1. ^ Levine, Morton A; Marrs, RE; Henderson, JR; Knapp, DA; Schneider, Marilyn B (1 de diciembre de 1987). "La trampa de iones con haz de electrones: un nuevo instrumento para mediciones de física atómica". Physica Scripta . T22 . IOP Publishing: 157–163. doi :10.1088/0031-8949/1988/t22/024. ISSN  0031-8949. S2CID  250767218.
  2. ^ Marrs, RE; Elliott, SR; Knapp, DA (27 de junio de 1994). "Producción y captura de iones de uranio desnudo y similares al hidrógeno en una trampa de iones de haz de electrones". Physical Review Letters . 72 (26). American Physical Society (APS): 4082–4085. Bibcode :1994PhRvL..72.4082M. doi :10.1103/physrevlett.72.4082. ISSN  0031-9007. PMID  10056377.

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