新型 SPES 束流冷却器的实现与模拟

为在高分辨率质谱仪（HRMS）中实现同位素的良好分离，束流的横向发射度与能量展宽应具有非常低的值，因此在新项目选择性奇异核素产生装置（SPES）中，计划在 ISOL 靶（即束流源）与 HRMS 之间放置一台束流冷却器（BC）。在 SPES 项目中，谱仪分辨率须高于 dm/m=5E-5，因而进入 HRMS 处的束流特征至少应为发射度（95%，归一化）< 8.3E-3 pi mm mrad 且 sigma_E < 1.5eV。法国卡昂的 Corpuscolaire 物理实验室（LPC）为位于意大利帕多瓦附近的 Legnaro 国家实验室（LNL）的 SPES 设施设计并实现了一种新的 BC。BC 通过耗散过程冷却束流，其中热能从束流离子传递给另一种通常轻得多的介质，本例中为氦气。该过程发生在约束系统内，一方面限制冷却介质的扩散，另一方面使束流沿所需轨迹继续前进，在所呈装置中为一列位于近封闭腔室内的射频四极杆。本文档介绍了新 BC 的主要特征以及一项对束流动力学进行模拟的初步研究结果。分析还包含对 BC 内外气体分布的考察。束流动力学模拟基于 Simion 代码，而气体分布估算由 MolFlow+ 计算。模拟表明，精确设定 BC 可大幅改善发射度，但能量展宽仍待改进。限制加速区中的气体压强似乎可实现所需的最终提升。