The preparation penning trap and recent developments on high-performance ion detection for the project trapsensor

Abstract

Este trabajo académico tiene como objetivo principal implementar un método para la medida de masas de precisión basado en la detección de fotones de fluorescencia de un único ion de calcio. Uno de los elementos principales es la línea de haz de trampas magnéticas (Penning traps) [2] que se ha diseñado y construido en el transcurso de este trabajo a partir de estudios realizados, tomando como punto de partida la instalación SHIPTRAP en el GSI de Darmstadt (Alemania) [3,4]. La línea de trampas magnéticas está compuesta por una fuente de producción de iones por ablación láser, una sección de transferencia, para transporte y primera identificación de los iones producidos [5], y el sistema de trampas magnéticas fijadas en el tubo interior de un imán superconductor de 7 T de campo máximo, idéntico al que existen en varios experimentos SHIPTRAP [6], JYFLTRAP [7], MLLTRAP [8] y TRIGATRAP [9]. Al sistema le sigue una sección de tiempo de vuelo para llevar a cabo medidas. En paralelo a la línea de trampas magnéticas, se ha construido un dispositivo formado por una trampa de radiofrecuencia [10], con su fuente de iones y elementos de vacío, y un sistema de láseres con su mecanismo de regulación [11]. Con este dispositivo se ha podido enfriar hasta el límite Doppler un ion de calcio. Este es el punto de partida para la utilización de este ion en el método propuesto por el proyecto TRAPSENSOR. La parte más relevante de este trabajo en la línea de trampas magnéticas ha sido el diseño, construcción, puesta en funcionamiento y la caracterización completa de la trampa de preparación en la línea de trampas magnéticas. Para el diseño de este elemento se ha tomado como punto de partida la trampa de preparación propuesta en el documento de construcción técnica (Technical Design Report) TDR de las instalaciones MATS y LaSpec de FAIR (Facility for Antiprotons and Ion Research) [12]. La otra parte relevante presentada en este trabajo engloba los desarrollos de las técnicas de detección no destructiva de iones atrapados que se han llevado a cabo en la universidad para las medidas de masas de precisión a partir de la señal de fluorescencia (proyecto TRAPSENSOR) y por el método de amplificación de la señal electrónica inducida por el ion atrapado en los electrodos de la trampa (proyecto FPA2012-32076). Los sistemas construidos cumplen las especificaciones electrónicas y se probarán con iones a finales de 2016.