Forscher der Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR) haben mit Tune-IMS eine Technik eingeführt, die darauf abzielt, die Präzision der isochronen Massenspektrometrie (IMS) bei der Messung kurzlebiger Atomkerne zu verbessern. Die Entwicklung liefert verfeinerte Daten für Kernstrukturstudien und könnte potenzielle Anwendungen in der Astrophysik, Kernenergie und Medizin haben.
Die Tune-IMS-Technik hat bewiesen, dass sie die Massengenauigkeit bestimmter kurzlebiger Kerne wie 63Ge, 65As, 67Se und 71Kr verbessern kann. Im Vergleich zur bisherigen IMS-Methode nutzt es zusätzlich die Betatron-Oszillation der Ionen, um die Massenfehler weiter zu reduzieren, was insbesondere bei kurzlebigen Nukliden wichtig ist.
„Unsere Methode kann eine höhere Präzision für Isotope erreichen, deren Messung bisher schwierig war“, sagte Prof. Meng Wang, leitender Forscher des Projekts. „Dies könnte laufenden Studien in der Kernphysik und verwandten Bereichen zugute kommen.“
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Nuklearwissenschaft und -techniken.
Die verbesserte Präzision von Tune-IMS könnte Forschern, die Kernreaktionen untersuchen, zuverlässigere Daten liefern, die für das Verständnis von Prozessen wie der Sternentwicklung und der Bildung von Elementen in Sternen wichtig sind. Genauere Massenmessungen könnten auch zur Kernenergieforschung beitragen, wo präzise Daten die Effizienz von Reaktoren steigern und Sicherheitsprotokolle verbessern können.
Darüber hinaus kann der Fortschritt in der Nuklearmedizin hilfreich sein, wo Isotope, die in der diagnostischen Bildgebung und bei therapeutischen Behandlungen verwendet werden, für Stabilität und Wirksamkeit genaue Massendaten erfordern.
Die konventionelle isochrone Massenspektrometrie (IMS) war mit der Herausforderung konfrontiert, eine hohe Genauigkeit zu erreichen, insbesondere bei kurzlebigen Kernen. Diese Einschränkungen hängen mit der Ausbreitung der magnetischen Steifigkeit in Ionen zusammen, die sich auf die Auflösung von Massenmessungen auswirken kann.
Die Tune-IMS-Technik geht dieses Problem an, indem sie Betatronschwingungen nutzt, die die Streuung der Umdrehungszeiten reduzieren und so die Messgenauigkeit verbessern. Diese Methode wurde erfolgreich an mehreren Nukliden getestet und hat im Vergleich zu etablierten IMS-Methoden gute Ergebnisse erzielt.
Während Tune-IMS Verbesserungen bietet, erfordert die aktuelle Methode die Auswahl spezifischer Oszillationswerte, was die Anzahl der für die Analyse verfügbaren Ionen begrenzt. Das Forschungsteam entwickelt einen neuen Flugzeitdetektor mit Positionsempfindlichkeit, um diese Einschränkung zu beheben und die Effizienz und Anwendbarkeit der Methode zu erhöhen.
„Durch die Verbesserung der Empfindlichkeit unserer Detektoren hoffen wir, das Spektrum der Kerne zu erweitern, die mit Tune-IMS untersucht werden können“, bemerkte Prof. Wang.
Die Tune-IMS-Technik stellt eine Verbesserung der Präzision von Massenmessungen kurzlebiger Atomkerne dar und bietet potenzielle Anwendungen sowohl in der Kernforschung als auch in praktischen Bereichen wie Kernenergie und Medizin. Forscher am HIRFL-CSR planen, die Technologie weiterzuentwickeln, um ihren Anwendungsbereich zu erweitern.
Weitere Informationen:
Han-Yu Deng et al, Verbesserte isochrone Massenspektrometrie mit Tune-Messung, Nuklearwissenschaft und -techniken (2024). DOI: 10.1007/s41365-024-01580-5
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