Transporte de partículas cargadas. Nociones de óptica iónica.

Transcripción

1 Transporte de partículas cargadas. Nociones de óptica iónica. Aplicación: Espectrómetros magnéticos y eléctricos: Sistemas focalizadores y separadores Detectores de alta resolución D. Cortina Universidad de Santiago de Compostela Escuela doctoral de física nuclear USC Febrero 2007

2 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 de reacciones 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

3 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

4 Motivación 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*10 9 de este tema. personas en el mundo tienen una existencia feliz sin tener ni idea 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...

5 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)?

6 Línea de haz o espectrómetro La línea de haz se utiliza para transmitir partículas desde un punto a otro GANIL

7 Línea de haz o espectrómetro Un espectrómetro además de transportar permite analizar las partículas transportadas

8 Producción de núcleos exóticos Isotopic separation on line: ISOL Thick target ionisation separation projectile post-acceleration extraction In-flight projectile fragmentation thin target spectrometer slowing down projectile

9 Introducción Fusion-evaporation/fragmentation Fragmentation fission Cold fragmentation Nuevas posibilidades experimentales Producción de haces secundarios Medidas de gran precisión Conocimiento de los fundamentos basicos de espectrometro NECESARIO

10 Diferencia haz primario o secundario MeV/c 23 < 700 MeV/c a 1m del blanco 23 < 700 MeV/c a 2m del blanco Be

11 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 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 E = E M 2 2 v M Z E p B ρ = = Qe d t vol = v 2 Mv Qe Doble función como filtro y como detector de alta resolución

12 Haz primario vs secundario 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 focaliza en 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

13 SIS en el GSI

14 FRS en GSI

15 Ejemplo de funcionamiento de un dipolo ρ=1/h α L p o (1+δ) p o

16 Ejemplo funcionamiento cuadrupolos

17 Ejemplo funcionamiento cuadrupolos