MiniRing
Un anneau électrostatique "Table-Top"
Contexte
L’équipe des ions multichargés de l'ILM est co-signataire du réseau Européen ITS-LEIF. Dans ce réseau nous sommes intervenus dans le JRA 3 "electrostatic rings and traps" pour concevoir et réaliser un anneau électrostatique de petites dimensions "Table-Top".
Nous avons mis à profit notre expérience du piège électrostatique à électrodes coniques (ConeTrap) pour concevoir un anneau reprenant l’idée d’un tel piège dans lequel on injecterait les ions hors-axe. Ce système comprenant peu d’électrodes permet alors d’atteindre notre objectif de compacité.
Ce projet a également été financé par un projet ANR "ANNEAU: Dynamique de fragmentation de molécules étudiée avec un anneau électrostatique" (2010-2015).
Articles "conetrap"
A single ion (Arq+ q=1,3 or C603+) in a conic electrode electrostatic trap, NIMB (2003)
Objectifs scientifiques
MiniRing permet l’étude de processus lents dans des ions moléculaires. On peut citer par exemple :
- Fragmentation statistique de molécules, d’agrégats et PAH
- Mesure de durée de vie (He-)
- Emission thermoionique dans des di-anions de C60
Caractéristiques de l’anneau
Plus de Détails: Review of Scientific Instruments (2007)
MiniRing est le plus petit des anneaux électrostatiques construits à ce jour (400 mm de long - 100 mm de large).
MiniRing est composé uniquement de 4 déflecteurs pour diriger les ions (steerers) et de 2 électrodes coniques servant à la réflexion et à la focalisation.
La figure ci-dessous montre une simulation réalisée avec le logiciel SIMION 8.0.
Expériences de test
Pour les premières expériences de test nous avons injecté dans l’anneau des ions Ar+ à une énergie de 4 keV. Un channeltron a été placé en face d’une des lignes droites du faisceau pour détecter les neutres produits le long de cette portion de trajectoire par échange de charge avec le gaz résiduel. La pression dans l’enceinte était de 5 10-7 mbars. Nous avons envoyé des paquets d’ions d’une durée de 1µs toutes les 5 ms tout en accumulant le signal de sortie du détecteur à l’aide d’un oscilloscope numérique. La figure ci-dessous montre un spectre brut ainsi obtenu. Chaque pic correspond au passage du pulse d’ions devant le détecteur, l’amplitude étant proportionnelle au nombre d’ions dans un paquet. La décroissance exponentielle de l’amplitude est directement reliée au temps de vie des ions dans l’anneau.
Voir également ces articles:
Depuis 2012, de nombreuses améliorations ont été apportées et une nouvelle version de l’anneau a été construite.
- Amélioration du vide (2 10-9 mb)
- Nouveau système d'acquisition
- Inclinaison des steerers pour un l'amélioration des trajectoires des ions stockés
- injections des ions jusqu'à une énergie cinétique de 12keV par charge
- Remplacement du channeltron par un détecteur sensible en position pour la détection des neutres (augmentation de l'efficacité de collection, réglage de l'anneau)
- Installation d'un détecteur supplémentaire (channeltron) pour détecter les neutre émis entre le deuxième déflecteur et la première électrode conique
- Amélioration des conditions de stockage grâce à la visualisation de la trajectoire complète des ions sur le premier tour qui permet un réglage en ligne des tensions appliquées sur les différentes électrodes
Etude des processus de refroidissement des PAH
L'évolution de l'énergie interne de cations de PAH (anthracene,naphthalene, pyrene, coronne) stockés dans l'anneau est sondée par dissociation induite par excitation laser.
Ces expériences ont permis de mesurer des taux de refroidissement rapide pour l'anthracène qui sont attribués à la fluorescence dit "de Poincaré"
Articles:
Fast radiative cooling of anthracene: Dependence on internal energy, Phys. Rev.A92, 053425 (2015)