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Trampa de iones de haz de electrones

Esquema de una trampa de iones de haz de electrones. Rojo: filamento de la fuente de electrones, azul: haz de electrones, negro: electrodos , verde: imán. La línea delgada repre...

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Esquema de una trampa de iones de haz de electrones. Rojo: filamento de la fuente de electrones, azul: haz de electrones, negro: electrodos , verde: imán. La línea delgada representa el potencial eléctrico a lo largo del eje.

La trampa de iones por haz de electrones ( EBIT , por sus siglas en inglés) es un dispositivo electromagnético que produce y confina iones altamente cargados . Una EBIT utiliza un haz de electrones enfocado con un potente campo magnético para ionizar átomos a estados de alta carga mediante el impacto sucesivo de electrones .

Fue inventado por M. Levine y R. Marrs en LLNL y LBNL . [ 1 ]

Operación

Los iones positivos generados en la región donde los átomos interceptan el haz de electrones se ven fuertemente confinados en su movimiento por la intensa atracción ejercida por la carga negativa del haz. Por lo tanto, orbitan alrededor del haz, cruzándolo frecuentemente y provocando nuevas colisiones e ionización. Para restringir el movimiento de los iones en la dirección del eje del haz, se utilizan electrodos de atrapamiento con voltajes positivos respecto a un electrodo central.

La trampa de iones resultante puede retener iones durante muchos segundos y minutos, y de esta manera se pueden lograr las condiciones para alcanzar los estados de carga más altos, hasta uranio puro (U 92+ ). [ 2 ]

La fuerte carga necesaria para el confinamiento radial de los iones requiere grandes corrientes de haz de electrones, de decenas a cientos de miliamperios . Al mismo tiempo, se utilizan altos voltajes (hasta 200 kilovoltios ) para acelerar los electrones y así lograr altos estados de carga en los iones.

Para evitar la reducción de carga de los iones por colisiones con átomos neutros de los que pueden capturar electrones, el vacío en el aparato se mantiene generalmente a niveles de ultra alto vacío (UHV ) , con valores de presión típicos de solo 10 −12 torr, (~10 −10 pascal ).

Aplicaciones

Los EBIT se utilizan para investigar las propiedades fundamentales de iones altamente cargados, por ejemplo, mediante espectroscopia de fotones , en particular en el contexto de la teoría de la estructura atómica relativista y la electrodinámica cuántica (QED). Su idoneidad para preparar y reproducir en un volumen microscópico las condiciones de plasmas astrofísicos de alta temperatura y plasmas de fusión por confinamiento magnético los convierte en herramientas de investigación muy apropiadas. Otros campos incluyen el estudio de sus interacciones con superficies y posibles aplicaciones a la microlitografía .

Referencias

  1. ↑ Levine, Morton A; Marrs, RE; Henderson, JR; Knapp, DA; Schneider, Marilyn B. (1 de diciembre de 1987). "La trampa de iones de haz de electrones: un nuevo instrumento para mediciones de física atómica". Physica Scripta . T22 . IOP Publishing: 157– 163. doi : 10.1088/0031-8949/1988/t22/024 . ISSN 0031-8949 . S2CID 250767218 .  
  2. ↑ Marrs, RE; Elliott, SR; Knapp, DA (27 de junio de 1994). "Producción y atrapamiento de iones de uranio desnudos y similares al hidrógeno en una trampa de iones de haz de electrones". Physical Review Letters . 72 (26). American Physical Society (APS): 4082– 4085. Bibcode : 1994PhRvL..72.4082M . doi : 10.1103/physrevlett.72.4082 . ISSN 0031-9007 . PMID 10056377 .  
  • Marrs, Roscoe E.; Beiersdorfer, Peter; Schneider, Dieter (1994). "La trampa de iones de haz de electrones". Physics Today . 47 (10). AIP Publishing: 27– 34. Bibcode : 1994PhT....47j..27M . doi : 10.1063/1.881419 . ISSN 0031-9228 . 
  • Marrs, RE; Levine, MA; Knapp, DA; Henderson, JR (25 de abril de 1988). "Medición de secciones transversales de excitación por impacto de electrones para iones muy cargados". Physical Review Letters . 60 (17). American Physical Society (APS): 1715– 1718. Bibcode : 1988PhRvL..60.1715M . doi : 10.1103/physrevlett.60.1715 . ISSN 0031-9007 . PMID 10038121 .  – Primera medición de espectroscopia atómica EBIT
  • Morgan, CA; Serpa, FG; Takács, E.; Meyer, ES; Gillaspy, JD; Sugar, J.; Roberts, JR; Brown, CM; Feldman, U. (6 de marzo de 1995). "Observación de transiciones de dipolo magnético visible y uv en xenón y bario altamente cargados". Physical Review Letters . 74 (10). American Physical Society (APS): 1716– 1719. Bibcode : 1995PhRvL..74.1716M . doi : 10.1103/physrevlett.74.1716 . hdl : 1969.1/182526 . ISSN 0031-9007 . PMID 10057739 .  
  • Cheng, Hai-Ping ; Gillaspy, JD (15 de enero de 1997). "Modificación a nanoescala de superficies de silicio mediante explosión de Coulomb". Physical Review B. 55 ( 4). American Physical Society (APS): 2628–2636 . Bibcode : 1997PhRvB..55.2628C . doi : 10.1103/physrevb.55.2628 . ISSN 0163-1829 . S2CID 38152493 .  
  • Gillaspy, JD; Parks, DC; Ratliff, LP (1998). "Litografía de haz de iones enmascarado con iones altamente cargados". Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures . 16 (6). American Vacuum Society: 3294. Bibcode : 1998JVSTB..16.3294G . doi : 10.1116/1.590367 . ISSN 0734-211X . 
  • Currell, Federico Juan; Asada, Junji; Ishii, Koichi; Minoh, Arimichi; Motohashi, Kenji; et  al. (15 de octubre de 1996). "Una nueva trampa de iones de haz de electrones versátil". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 65 (10). Sociedad de Física de Japón: 3186– 3192. Bibcode : 1996JPSJ...65.3186C . doi : 10.1143/jpsj.65.3186 . ISSN 0031-9015 . 
  • Beyer, Heinrich F.; Kluge, H.-Jürgen; Shevelko, Viatcheslav P. (1997). Radiación de rayos X de iones altamente cargados . Serie de primavera sobre átomos y plasmas. Vol.  19. Berlín, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. doi : 10.1007/978-3-662-03495-8 . ISBN 978-3-642-08323-5.
  • "EBIT" . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . 7 de diciembre de 2010. Consultado el 26 de noviembre de 2012 .
  • "Trampa de iones de haz de electrones (EBIT)" . Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. 14 de abril de 2009. Consultado el 26 de noviembre de 2012 .
  • "Otros EBIT en todo el mundo" . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. 14 de diciembre de 2011. Consultado el 26 de noviembre de 2012 .