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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.86571 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Champagne, Christian |
| Contributors | Fritz Buchinger (Internal/Supervisor), John E Crawford (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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