CERN-ISOLDE. Laser ionization and direct in-source spectroscopy of refractory and negatively charged radioisotopes at ISOLDE and the laser ion sources RILIS and LIST. Final report
Description
The expansion of the accessible element and isotope spectrum, the continuous optimization of the purity of the ion beams and the provision of direct and now high-resolution laser spectroscopy within the ion source were successfully demonstrated and made available for ISOLDE's standard portfolio. As an additional point, the production of negatively charged ions at ISOLDE was resumed and optimized in the last three funding periods so that the physically relevant determination of electron affinity could be carried out using laser photodetachment spectroscopy. The individual work packages of the application were handled as follows: WP1: Expansion of the element spectrum of the 'hot-cavity' ion source. The phase of the Long Shutdown 2 at CERN from December 10, 2018 - March 31, 2021 was used to revise important ion source components, especially the radio frequency supply for the LIST and the adaptation to the new front ends at ISOLDE. The demonstration of high-resolution in-source spectroscopy and its use for studying long-lived radionuclides took place offline at RISIKO in Mainz during this time. At CERN, high-resolution investigations using two-photon spectroscopy were completed and published, new elements were discovered at ISOLDE and for CERN-MEDICIS, and the new time-of-flight ion source concept was used to carry out experiments using high voltage gradients in the ion source cavity. The time compression of the ion bunch structure, which is imposed by the laser pulse, increases selectivity in conjunction with the downstream beam gating technique. WP2: Implementation of high-resolution in-source laser spectroscopy. At RISIKO, the LIST ion source in Mainz was used for high-resolution nuclear structure measurements on radioisotopes of technetium, promethium and the artificially produced actinides americium, curium and californium. Experimental line widths of down to 60 MHz were demonstrated, comparable to the complex collinear apparatuses Collaps and CRIS. The core of the system is a powerful, pulsed and narrow-band laser system that uses a titanium:sapphire cw master laser built in collaboration with Nagoya University. This is a cost-effective alternative to commercial systems and is to be introduced in several areas of high-resolution laser spectroscopy at ISOLDE in the near future. This will enable the potential of direct laser spectroscopy within the LIST structure to be further advanced for both offline and online use. WP3: Measurements on and provision of high-purity negative ion beams via photodetachment. In the area of negative ions, a highlight was already achieved at the beginning of the reporting period with the first-time determination of the electron affinity of astatine. This was made possible, among other things, by preliminary work in the previous project in the area of the ion source and the development of the measuring equipment. To expand the possibilities, the infrastructure of the GANDALPH measuring equipment was expanded with a new neutral particle detector and a quadrupole mass filter. In cooperation with the MIRACLS collaboration at CERN, the concept of laser spectroscopy on negative ions was expanded to include multi-reflection ToF systems. A coupling to the CRIS experiment and the measurement of the electron affinity of polonium are in preparation.
Abstract (German)
Die Erweiterung des zug#Latin Small Letter A With Diaeresis#nglichen Element- und Isotopenspektrums, die stetige Optimierung der Reinheit der Ionenstrahlen sowie die Bereitstellung der direkten und dabei inzwischen auch hoch-aufl#Latin Small Letter O With Diaeresis#senden Laserspektroskopie innerhalb der Ionenquelle konnte erfolgreich demonstriert und f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r das Standardportfolio von ISOLDE bereitgestellt werden. Als zus#Latin Small Letter A With Diaeresis#tzlicher Punkt wurde in den letzten drei F#Latin Small Letter O With Diaeresis#rderperioden die Produktion von negativ geladenen Ionen an ISOLDE wiederaufgenommen und optimiert, so dass an diesen die physikalisch relevante Bestimmung der Elektronenaffinit#Latin Small Letter A With Diaeresis#t mittels Laserphotodetachmentspektroskopie durchgef#Latin Small Letter U With Diaeresis#hrt werden konnte. Die individuellen Arbeitspakete des Antrags wurden folgenderma#Latin Small Letter Sharp S#en behandelt: AP1: Erweiterung des Elementspektrums des #Double Low-9 Quotation Mark#hot-cavity#Left Double Quotation Mark# Ionenquelle. Die Phase des Long Shutdowns 2 am CERN vom 10.12.2018 - 31.03.2021 wurde zu #Latin Capital Letter U With Diaeresis#berarbeitungen wichtiger Ionenquellenkomponenten, speziell an der Zuf#Latin Small Letter U With Diaeresis#hrung der Hochfrequenz f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r die LIST sowie bei der Adaption an die neuen Frontends bei ISOLDE verwendet. Die Demonstration der hochaufl#Latin Small Letter O With Diaeresis#senden In-Souce Spektroskopie und der Einsatz zum Studium langlebiger Radionuklide erfolgte in dieser Zeit in Mainz am dortigen RISIKO off-line. Am CERN wurden u.a. die hochaufl#Latin Small Letter O With Diaeresis#senden Untersuchungen mit Zweiphotonenspektroskopie abgeschlossen und publiziert, neue Elemente bei ISOLDE sowie auch f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r CERN-MEDICIS erschlossen bzw. mit dem neuen Time-of-flight-ion-source Konzept #Latin Small Letter U With Diaeresis#ber hohe Spannungsgradienten in der Ionenquellenkavit#Latin Small Letter A With Diaeresis#t durchgef#Latin Small Letter U With Diaeresis#hrt. Dabei liefert die Zeitkompression der Ionenbunchstruktur, die durch den Laserpuls aufgepr#Latin Small Letter A With Diaeresis#gt wird, eine Selektivit#Latin Small Letter A With Diaeresis#tssteigerung im Zusammenspiel mit der nachgeschalteten Beam-Gating-Technik. AP2: Implementierung der hoch-aufl#Latin Small Letter O With Diaeresis#senden In-Source Laserspektroskopie. Am RISIKO wurde die LIST-Ionenquelle in Mainz f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r hochaufl#Latin Small Letter O With Diaeresis#sende Kernstrukturmessungen an Radioisotopen von Technetium, Promethium sowie den k#Latin Small Letter U With Diaeresis#nstlich erzeugten Aktiniden Americium, Curium und Californium eingesetzt. Dabei konnten experimentelle Linienbreiten von bis hinab zu 60 MHz, also vergleichbar mit den aufw#Latin Small Letter A With Diaeresis#ndigen kollinearen Apparaturen Collaps und CRIS, gezeigt werden. Kernst#Latin Small Letter U With Diaeresis#ck bildet dabei ein leistungsstarkes, gepulstes und schmalbandiges Lasersystem, das einen in Zusammenarbeit mit der Universit#Latin Small Letter A With Diaeresis#t Nagoya aufgebauten Titan:Saphir-cw-Masterlaser einsetzt. Dieser ist eine kosteng#Latin Small Letter U With Diaeresis#nstige und Alternative zu kommerziellen Systemen und soll in naher Zukunft in mehreren Bereichen hochaufl#Latin Small Letter O With Diaeresis#sender Laserspektroskopie an ISOLDE eingef#Latin Small Letter U With Diaeresis#hrt werden. Damit kann das Potential der direkten Laserspektroskopie innerhalb der LIST Struktur sowohl f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r off-line als auch on-line Einsatz weiter vorangetrieben werden. AP3: Messungen an und Bereitstellung negativer Ionenstrahlen hoher Reinheit #Latin Small Letter U With Diaeresis#ber Photodetachment. Im Bereich der negativen Ionen wurde mit Beginn des Berichtszeitraums bereits ein Highlight mit der erstmaligen Bestimmung der Elektronenaffinit#Latin Small Letter A With Diaeresis#t des Astats erreicht. Dies wurde unter anderem durch Vorarbeiten im Vorg#Latin Small Letter A With Diaeresis#ngerprojekt sowohl im Bereich der Ionenquelle als auch der Messapparaturentwicklung erm#Latin Small Letter O With Diaeresis#glicht. Zur Erweiterung der M#Latin Small Letter O With Diaeresis#glichkeiten wurde die Infrastruktur der GANDALPH Messapparatur mit einem neuen Neutralteilchendetektor und zudem einem Quadrupol- Massenfilter erweitert. In Zusammenarbeit mit der MIRACLS-Kollaboration am CERN konnte das Konzept der Laserspektroskopie an negativen Ionen auf Multi-Reflexions-ToF Systeme erweitert werden. Dabei ist eine Kopplung and das CRIS-Experiment sowie die Messung der Elektronenaffinit#Latin Small Letter A With Diaeresis#t von Polonium in Vorbereitung.Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- CERN-ISOLDE. Laserionisation und direkte In-Source Spektroskopie an refraktären sowie negativ geladenen Radioisotopen an ISOLDE und den Laserionenquellen RILIS und LIST. Schlussbericht
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 16 p.
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY; S73: NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- AMERICIUM; ANIONS; CALIFORNIUM; CURIUM; ION BEAMS; ISOTOPE SEPARATORS; LASER SPECTROSCOPY; RADIOISOTOPES; RESONANT-IONIZATION LASER ION SOURCES
- Descriptors DEC
- ACTINIDES; BEAMS; CHARGED PARTICLES; ELEMENTS; EQUIPMENT; ION SOURCES; IONS; ISOTOPES; LASER ION SOURCES; METALS; SEPARATION EQUIPMENT; SPECTROSCOPY; TRANSPLUTONIUM ELEMENTS; TRANSURANIUM ELEMENTS
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Foerderkennzeichen BMBF 05P18UMCIA
- Funding organization
- Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Bonn (Germany)