aplicación: espectrómetros magnéticos y eléctricos
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Transporte de partículas cargadas.Nociones de óptica iónica.
Aplicación: Espectrómetros magnéticos y eléctricos:Sistemas focalizadores y separadores
Detectores de alta resolución
D. CortinaUniversidad de Santiago de Compostela
Escuela doctoral de física nuclear USC Febrero 2007
Guia de la presentación
Motivación: ¿a quién interesa la óptica iónica ?
Introducción: conceptos de óptica iónica para andar por casa
Diferencia entre líneas de haz y espectrómetros. Elementos fundamentales. Haces primarios y secundarios. Caracterización dereacciones nucleares.
Transporte de partículas cargadas
• sistema de referencia
• óptica matricial a primer orden
• descripción formal a primer orden de los principales elementos magnéticos
• introducción de efectos de orden superior
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Guia de la presentación
Modos de funcionamiento de un espectrómetro, ejemplos
• sistemas acromáticos : FRS (A1900)
• sistemas dispersivos : SPEG
• filtros electro-magnéticos : LISE
• degradador de energía
Facilidades de núcleos exóticos : Espectrómetros de nueva generación
- Limitaciones en resolución y aceptancia : Aberraciones cromáticas
- Ejemplos VAMOS y SUPER-FRS
Algunos programas de simulación
- INTRAN,TURTLE, GICO-GIOS, MIRKO, COSY Infinity
- LISE y MOCADI
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Motivación
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Manipular partículas cargadas (β+/-, iones p,d,α, …)
Diseñar líneas de transporte de haces
Diseñar sistemas de aceleración de iones
Diseñar y utilizar Sitemas electromagnéticos de análisis y separación
Alrededor de 6*109 personas en el mundo tienen una existencia feliz sin tener ni idea de este tema.
Un grupo reducido de físicos de aceleradores reúnen estos conocimientos y los utilizan para construir dispositivos que permiten a otros físicos explorar el mundo microscópico.
Muchos físicos (entre ellos los físicos nucleares experimentales) utilizan aceleradores, líneas de transporte de haz, sistemas magnéticos .....
El final de la película : Conceptos de óptica iónica para andar por casa
Los experimentos de física nuclear y de partículas utilizan haces de partículas cargadas como sondas para explorar la estructura de los componentes últimos de la materia.
Los campos eléctricos se utilizan para acelerar estos haces de partículas cargadas
Los campos magnéticos se utilizan para seleccionar, guiar y focalizar estos haces
La óptica iónica (partículas cargadas) es pues la ciencia que hace uso de imanes para guiar un grupo de partículas cargadas análogía con la óptica geométrica.
Algunas definiciones
Un grupo de partículas cargada en movimiento siguiendo una misma dirección y con aproximadamente el mismo momento es lo que llamamos ¨haz¨.
Igualmente llamamos línea de haz a un conjunto de elementos magnéticos (y eléctricos). Las propiedades de una línea de haz vienen determinadas por el tipo de elementos que contiene.
¿Por qué hablamos de momento (y no de velocidad o energía cinética) ?
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Línea de haz o espectrómetro
La línea de haz se utiliza para transmitir partículas desde un punto a otro
GANIL
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Línea de haz o espectrómetro
Un espectrómetro además de transportar permite analizar las partículas transportadas
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Producción de núcleos exóticos
Isotopic separation on line: ISOL
projectile
Thick target
extraction
ionisation
post-acceleration
separation
In-flight projectile fragmentation
projectile
thin target slowing downspectrometer
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Introducción
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Fragmentati
on
fission
Fusion-ev
aporation/fra
gmentation
Cold fragmentati
on
Nuevas posibilidades experimentales
Producción de haces secundarios
Medidas de gran precisión
Conocimiento de los fundamentos basicos de espectrometro NECESARIO
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Diferencia haz primario o secundario
40Ar @ 700 MeV/c23O @ < 700 MeV/c a 1m del blanco
23O @ < 700 MeV/c a 2m del blanco
Be
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Espectrómetros magnéticos: detectores de alta resolución
Caracterización de reacciones nucleares : identificación de los fragmentos
M masa
Z número atómico
Q estado de carga
v velocidad
2
2vME =
EZME
2
∝∆
QeMv
QepB ==ρ
vdtvol =
La realización de experimentos de precisión puede abordarse desde diferentes aproximaciones
• sistema de detección muy segmentado
• filtro con alto poder de selección entre el blanco y los detectores espectrómetros magnéticos detección de partículas cargadas
Doble función como filtro y como detector de alta resoluciónEDFN USC 07
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Haz primario vs secundario
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Dipolo: curva las trayectorias de los iones. El angulo de curvatura equivale al angulo de deflexión de la trayectoria de referencia.
Diferentes partículas con diferentes momentos experimentan deflexiones diferentes correlación entre el momento y la posición transversal
Campo magnético dirección vertical constante
Cuadrupolo: Elemento focalizador. Un quadrupolo que focalizaen vertical desfocaliza en horizontal ver ejemplo siguiente
Campo magnético dirección vertical proporcional a la distancia respecto a la trayectoria de referencia
Sextupolo: Los elementos anteriores curvan y focalizan en función del momento la posición del foco depende del momento. Los sextulos corrigen esta dependencia
Campo magnético dirección vertical proporcional con el cuadrado de la distancia respecto a la trayectoria de referencia
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SIS en el GSI
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FRS en GSI
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Ejemplo de funcionamiento de un dipolo
L
ρ=1/h
α po
po(1+δ)
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Ejemplo funcionamiento cuadrupolos
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Ejemplo funcionamiento cuadrupolos
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