A new high-precision atomic mass measurement technique based on a tandem Penning trap system is described. Data from the mass measurements of rubidium and strontium are analyzed to reveal what information desirable for nuclear physics can be extracted and to indicate the limitations in the presently employed set up at the ISOLDE facility at CERN. The possibility of substantially improving the Penning trap collection efficiency through the use of a Paul (radio-frequency quadrupole) ion trap as a collection device for preparing the radionuclides before the measurement system is then presented. Results from engineering tests on the performance of the Paul trap at the ISOLDE facility are discussed. The work concludes with suggestions for the design of feasible system to capture 100% of weak ISOLDE beams. This new system is to be incorporated into the Penning trap set up at the newly constructed ISOLDE-BOOSTER facility.

In this thesis, we study kinetic theory and chiral perturbation theory, which are employed to compute the bulk viscosity of a gas of pions at temperatures below the QCD crossover temperature, for the physical value of m, to lowest order in chiral perturbation theory. Bulk viscosity is controlled by number-changing processes which become exponentially slow at low temperatures when the pions become exponentially dilute, leading to an exponentially large bulk viscosity ζ ∼ (F^8/m^5)*exp(2m/ T), where F ≃ 93 MeV is the pion decay constant. / La théorie cinématique des particules et la théorie perturbative chirale sont d'abord presentées. Grâce à ces outils, la viscosité volumique d'un gaz de pions à une température en-deçà de la température de transition de phase de la chromodynamique quantique est calculée pour la valeur expérimentale de m, au premier ordre de la théorie perturbative. À basse température, les processus affectant le nombre de particules ralentissent de manière exponentielle lorsque la densité des pions devient exponentiellement faible. Ces processus contrôlent la viscosité volumique, qui à son tour devient exponentiellement large ζ ∼ (F^8/m^5)*exp(2m/T), pour une constante de désintegration des pions F ≃ 93 MeV.

This thesis evaluates the suitability of Thorium(Th) ions for optical spectroscopic measurements in a Paul trap. A $ sp{232}Th$ sample, placed near the ring electrode, is evaporated with a Nd:YAG laser pulse and then selectively ionized by a synchronized dye laser pulse. Ions created inside the trap follow stable orbits and are cooled by hydrogen buffer gas. / The stability and trapping efficiency for the ions are examined at various trap operating conditions. The motion of the ions in the trap is studied with particular attention to volume occupied by the ions in the phase space. With the trap operating at optimum conditions for stability and spectral resolution, laser-induced fluorescence measurements at selected rf phase angles are applied to five optical transitions of Th ions. Results indicate that two transitions are most suitable for spectroscopic studies and 60-80 ions are required to produce a spectrum with signal-to-background ratio of 1:1.

The TITAN (TRIUMF's Ion Trap for Atomic and Nuclear science) experiment uses a Measurement Penning Trap (MPET) to perform high precision mass measurements (∆m/m ≈ 10e-8) on short-lived (t1/2 ≈ 10 ms) isotopes. The ISAC (Isotope Separation and ACceleration) facility provides a 60 keV rare isotope beam to the experiments. A Radio-Frequency Quadrupole (RFQ) ion trap cools and bunches the incoming radioactive beam. An Electron Beam Ion Trap (EBIT) charge breeds the ions to a high charged state q. Since the MPET mass resolution is proportional to the charge state q, an improvement up to two orders of magnitude can be achieved. Further enhancements are obtained by the reduction of the uncertainty on the MPET measurements, such as from the ion bunch longitudinal kinetic energy spread. A Retarding Field energy Analyzer (RFA) was designed and constructed to measure this uncertainty. / An energy resolution ∆E/E ≈ 10e-3 was expected from to simulated RFQ ion extraction longitudinal energy spread measurements. An experimental energy resolution ∆E/E = 2.4 x 10e-3 was obtained. Suggestions to improve the energy resolution are provided. Two testing sessions were undertaken using the RFQ and TITAN ion source to provide a singly charged pulsed ion beam. The first session used a 6Li+ beam with a 1 - 4 keV energy range. The RFA collimating slits were removed to insure the beam entered the RFA, increasing the energy resolution to ∆E/E = 5 x 10e-3. An energy resolution ∆E/E = (1.4 ± 0.5) x 10e-2 was obtained from the longitudinal energy spread measurements as a function of the beam energy. No correlation between the RFQ buffer gas pressure and the longitudinal energy spread was observed. The second session used 6;7Li, 23Na, 39;41K beams with a 1 - 5 keV energy range and the slits were reincorporated. A linear correlation with the RFQ extraction potentials magnitude is visible with both 2.5 keV 7Li+ and 23Na+ beams. No correlations between the RFQ buffer gas pressure, the space charge, beamgate size and beam composition with respect to the longitudinal energy spread were otherwise found. Further reduction of the RFA energy resolution is necessary to resolve longitudinal energy spread variations under different RFQ parameter settings. / L'expérience TITAN (Piège ionique pour la science atomique et nucléaire de TRIUMF) utilise un piège Penning (MPET) pour effectuer des mesures de masse de haute précision (∆m/m ≈ 10e-8) sur des isotopes radioactifs de courte demi-vie (t1/2 ≈ 10 ms). L'installation ISAC (Isotope Separation and Acceleration) à TRIUMF produit un 60 keV faisceau d'isotopes rares vers divers expériences. Un piège ionique quadrupôle linéaire à radio-fréquences (RFQ) refroidit et accumule le faisceau d'ions radioactifs. Un piège ionique à faisceau d'électrons (EBIT) augmente la charge ionique des ions simplement chargés à une haute charge q. Puisque la résolution de masse de MPET est proportionnelle à la charge ionique q, une augmentation de la résolution jusqu'à deux ordres de grandeur est possible. Des améliorations additionnelles sont fait par la réduction des sources d'erreurs sur les mesures du MPET, comme la dispersion longitudinale de l'énergie cinétique des ions pulsés. Un analyseur d'énergie cinétique à champ retardé (RFA) fut conçu et construit dans le but de mesurer cette erreur. / Une résolution énergétique ∆E/E ≈ 10e-3 fut visée à la suite des résultats obtenus de simulations numériques de l'extraction d'ions du RFQ. Une résolution énergétique expérimentale ∆E/E = 2.4 x 10e-3 a été obtenue. Des suggestions pour améliorer la résolution énergétique sont données. Le RFA fut testé au cours de deux séances en utilisant le RFQ et la source d'ions de TITAN pour fournir un faisceau d'ions simplement chargés. Durant la première séance, un faisceau de 6Li+ avec énergies entre 1 et 4 keV fut utilisé. Les fentes du collimateur furent enlevées pour assurer que le faisceau pénètre dans le RFA, augmentant la résolution énergétique à ∆E/E = 5 x 10e-3. Une résolution énergétique ∆E/E = (1.4 ± 0.5) x 10-e2 a été obtenue de la relation entre la dispersion longitudinale de l'énergie cinétique et de l'énergie cinétique du faisceau. Aucune corrélation entre la pression du gaz tampon du RFQ et la dispersion longitudinale de l'énergie cinétique a été observée. La seconde séance utilisait des faisceaux de 6;7Li, 23Na, 39;41 K avec des énergies cinétiques entre 1 et 5 keV et les fentes du collimateur furent ré-incorporées. Une corrélation linéaire avec la grandeur des potentiels extraction du RFQ fut observée avec les deux faisceaux de 7Li+ et 23Na+ à 2.5 keV utilisés. Aucune corrélation entre la charge spatiale, pression du gaz tampon du RFQ, la durée du barrière d'ions et la composition du faisceau avec la dispersion longitudinale de l'énergie cinétique furent autrement notées. Des réduction supplémentaires à la résolution énergétique du RFA sont nécessaire pour observer des variations dans la dispersion longitudinale de l'énergie cinétique du faisceau sous différent paramètres du RFQ.

Thesis (Ph.D.)--Indiana University, Dept. of Physics, 2007. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 68-10, Section: B, page: 6731. Adviser: Shyh-Yuan Lee. Title from dissertation home page (viewed May 20, 2008).

Thesis (Ph.D.)--University of Illinois at Urbana-Champaign, 2007. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 68-11, Section: B, page: 7404. Advisers: Peter Kammel; David W. Hertzog. Includes bibliographical references (leaves 153-156) Available on microfilm from Pro Quest Information and Learning.

Thesis (Ph.D.)--Indiana University, Dept. of Physics, 2008. / Title from dissertation home page (viewed Sept. 30, 2008). Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 69-03, Section: B, page: 1710. Adviser: William M. Snow.

Thesis (Ph. D.)--University OF MICHIGAN.

Thesis (Ph.D.)--Indiana University, Dept. of Physics, 2009. / Title from PDF t.p. (viewed on Jul 19, 2010). Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-12, Section: B, page: 7636. Adviser: Edward J. Stephenson.

Thesis (Ph.D.)--Indiana University, Dept. of Physics, 2009. / Title from PDF t.p. (viewed on Jul 19, 2010). Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-12, Section: B, page: 7636. Adviser: William M. Snow.