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Enfriador de haz RFQ

Un enfriador de haz cuadrupolo de radiofrecuencia ( RFQ ) es un dispositivo para enfriar haces de partículas , especialmente adecuado para haces de iones . Reduce la temperatura de un haz de partículas al reducir su dispersión de energía y emitancia , lo que aumenta de manera efectiva su brillo ( brillantez ). El mecanismo predominante para enfriar en este caso es el enfriamiento con gas amortiguador, por el cual el haz pierde energía a partir de las colisiones con un gas ligero, neutro e inerte (normalmente helio ). El enfriamiento debe tener lugar dentro de un campo de confinamiento para contrarrestar la difusión térmica que resulta de las colisiones ion-átomo. [ cita requerida ]

El analizador de masas cuadrupolo (un cuadrupolo de radiofrecuencia utilizado como filtro de masas) fue inventado por Wolfgang Paul a finales de los años 50 y principios de los 60 en la Universidad de Bonn , Alemania. Paul compartió el Premio Nobel de Física en 1989 por su trabajo. Las muestras para el análisis de masas se ionizan, por ejemplo, mediante láser ( ionización/desorción láser asistida por matriz ) o descarga ( electrospray o plasma acoplado inductivamente ) y el haz resultante se envía a través del RFQ y se "filtra" escaneando los parámetros operativos (principalmente la amplitud de RF). Esto proporciona un espectro de masas, o huella digital, de la muestra. Los analizadores de gases residuales también utilizan este principio.

Aplicaciones del enfriamiento iónico a la física nuclear

A pesar de su larga historia, las mediciones de masa de núcleos atómicos de alta sensibilidad y alta precisión siguen siendo áreas de investigación muy importantes para muchas ramas de la física . Estas mediciones no solo proporcionan una mejor comprensión de las estructuras y fuerzas nucleares, sino que también ofrecen información sobre cómo se comporta la materia en algunos de los entornos más hostiles de la naturaleza. En instalaciones como ISOLDE en el CERN y TRIUMF en Vancouver, por ejemplo, las técnicas de medición se están extendiendo ahora a radionúcleos de vida corta que solo se producen de forma natural en el interior de estrellas en explosión. Su corta vida media y sus tasas de producción muy bajas incluso en las instalaciones más potentes requieren la máxima sensibilidad de tales mediciones.

Las trampas de Penning , elemento central de las modernas instalaciones de medición de masas de alta precisión y alta sensibilidad, permiten realizar mediciones con una precisión cercana a 1 parte en 10 11 en iones individuales. Sin embargo, para lograr esto, las trampas de Penning deben recibir el ion que se desea medir con mucha precisión y con la certeza de que se trata del ion deseado. Esto impone requisitos severos al aparato que debe extraer el núcleo atómico del objetivo en el que se ha creado, separarlo de la miríada de otros iones que se emiten desde el objetivo y luego dirigirlo de manera que pueda ser capturado en la trampa de medición.

Se ha demostrado que enfriar estos haces de iones, en particular los haces de iones radiactivos, mejora drásticamente la precisión y la sensibilidad de las mediciones de masa al reducir el espacio de fase de las colecciones de iones en cuestión. Utilizando un gas de fondo neutro ligero, normalmente helio, las partículas cargadas que se originan en los separadores de masa en línea sufren una serie de colisiones suaves con las moléculas del gas de fondo, lo que da como resultado pérdidas fraccionarias de la energía cinética de los iones y una reducción de la energía total del conjunto de iones. Sin embargo, para que esto sea efectivo, los iones deben estar contenidos mediante campos eléctricos de cuadrupolo de radiofrecuencia transversal (RFQ) durante el proceso de enfriamiento por colisión (también conocido como enfriamiento de gas tampón ). Estos enfriadores RFQ funcionan según los mismos principios que las trampas de iones cuadrupolo y se ha demostrado que son particularmente adecuados para el enfriamiento de gas tampón dada su capacidad para el confinamiento total de iones que tienen una gran dispersión de velocidades, correspondientes a energías cinéticas de hasta decenas de electronvoltios. Ya se han instalado varios refrigeradores RFQ en centros de investigación de todo el mundo y a continuación encontrará una lista de sus características.

Lista de instalaciones que contienen refrigeradores RFQ

Véase también

Referencias

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Bibliografía

Enlaces externos