Rijksuniversiteit Groningen

Superfluid helium and cryogenic noble gases as stopping media for ion catchers

Datum: 28 november 2008

Promotie: S. Purushothaman, 13.15 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Superfluid helium and cryogenic noble gases as stopping media for ion catchers

Promotor(s): prof.dr. K. Jungman

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Supervloeibaar helium en cryogene edelgassen voor het afremmen van hoogenergetische ionen

Veel wetenschappelijke disciplines maken gebruik van radioactieve isotopen in de vorm van een laagenergetische ionenbundel of een koude ionen- of atomenwolk. Omdat radioactieve isotopen vaak optimaal worden geproduceerd bij zeer hoge energieën, is het essentieel dat men kan beschikken over technieken om hoogenergetische ionen efficiënt en snel om te zetten in ionen met lage energie. In dit verband werd door Siva Purushothaman het nut van supervloeibaar helium en cryogene edelgassen als afremmedia onderzocht.

Door de extreme zuiverheid van cryogene edelgassen kon voor het eerst worden aangetoond dat de maximale efficiëntie in dit soort systemen bepaald wordt door de overlevingskans van de ionen tijdens het afremmen. Deze principiële limiet is met enkele tientallen procenten zo hoog dat de methode praktisch nut heeft. Experimenten waarbij cryogeen helium met hoge dichtheid wordt geïoniseerd door een protonenbundel tonen het belang van een hoog elektrisch veld aan; een veld dat ionen en elektronen snel uit elkaar trekt en zodoende neutralisatie belemmert. Siva Purushothaman toonde aan dat bij hoge velden de maximale efficiëntie behouden blijft bij ionisatiedichtheden die vele malen hoger zijn dan tot nu toe met andere systemen werd bereikt.

Bij de extractie van ionen uit supervloeibaar helium blijken twee mechanismen een rol te spelen: thermische excitatie die sterk temperatuursafhankelijk is en een nog onbekend
temperatuursonafhankelijk mechanisme. Het omslagpunt tussen deze twee ligt bij een temperatuur van ongeveer 1.3 Kelvin. De gecombineerde efficientie voor het overleven van ionen in en extractie uit supervloeibaar helium ligt tussen één en tien procent; hoog genoeg voor praktische toepassingen.

Siva Purushothaman (India, 1978) studeerde natuurkunde in Utrecht. Het onderzoek werd uitgevoerd bij het Kernfysisch Versnellerinstituut in Groningen en gefinancierd door FOM. Purushothamans nieuwe werkgever is MAPPER Lithography, Delft.