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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. Cortina
Universidad 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 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
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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
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 .....
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El final de la película : Conceptos de óptica iónica para andar por casa
¾ 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.
¾Los campos eléctricos se utilizan para acelerar estos haces de partículas cargadas
¾Los campos magnéticos se utilizan para seleccionar, guiar y focalizar estos haces
¾La óptica iónica (partículas cargadas) es pues la ciencia que hace uso de imanes para
guiar un grupo de partículas cargadas Æ análogía con la óptica geométrica.
¾ 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
Thick target
ionisation
separation
projectile
post-acceleration
extraction
In-flight projectile fragmentation
thin target spectrometer
slowing down
projectile
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Introducción
on
on
i
i
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a
ta
nt
n
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m
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ra
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sio
u
F
on
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nta
e
m
ag
r
F
Nuevas posibilidades experimentales
Producción de haces secundarios
Medidas de gran precisión
Î Conocimiento de los fundamentos basicos de
espectrometro NECESARIO
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Diferencia haz primario o secundario
40Ar
23O
@ < 700 MeV/c a
1m del blanco
@ 700 MeV/c
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
La realización de experimentos de precisión puede abordarse desde
diferentes aproximaciones
Z número atómico
• sistema de detección muy segmentado
Q estado de carga
• filtro con alto poder de selección entre el blanco y los detectores Î
espectrómetros magnéticos Î detección de partículas cargadas
v velocidad
E=
M 2
v
2
Z2
∆E ∝ M
E
p
Mv
=
Qe Qe
d
t vol =
v
Bρ =
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Doble función como filtro y como detector de alta resolución
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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 Î 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 Î 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 momentoÎ 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
po
α
po(1+δ)
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Ejemplo funcionamiento cuadrupolos
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Ejemplo funcionamiento cuadrupolos
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