CaF2環境における233Uの放射崩壊による229Th異性体の検出
引用
Morawetz, I. (2024). CaF2環境における233Uの放射崩壊による229Th異性体の検出（修士論文、ウィーン工科大学）。
キーワード
- トリウム原子核時計
- 229Th異性体（229mTh）
- CaF2結晶環境
- 233Uの放射崩壊
- 真空紫外線分光計
- 波長測定
- チェレンコフ放射
- マイクロチャネルプレート（MCP）検出器
- 較正
簡単な
この記事では、トリウム原子核時計の開発のために、CaF2 結晶環境内の 229Th 異性体を検出し、その原子核遷移波長を測定する新しい方法を調査し、その波長が 150.37± 1.31 nm であることを発見しました。
まとめ
Ira Morawetz によるこの修士論文 (2024 年 2 月 10 日付) は、フッ化カルシウム (CaF2) 結晶環境内でのトリウム 229 の核遷移の検出と波長測定に焦点を当てています。この研究は、トリウム 229 を使用した高精度の核時計の開発に向けた重要なステップです。
論文の要約は次のとおりです。
- 目的:主な目標は、トリウム 229 異性体 (229mTh) の崩壊中に放出されるガンマ光子の波長を正確に測定することです。これは、この核遷移の極めて正確な周波数に依存する核時計の構築に不可欠です。
- 方法論:
- 結晶の成長とドーピング: Morawetz は垂直勾配凍結法を使用して、ウラン 233 (233U) をドープした CaF2 結晶を成長させました。この同位体は 229Th に崩壊しますが、崩壊のごく一部が目的の異性体状態 (229mTh) を形成します。
- VUV 分光計:崩壊する 229mTh の微弱な信号を検出するために、高感度の真空紫外線 (VUV) 分光計が構築されました。これには次のものが含まれます。
- 集束ミラー:誘電体コーティングを施した CaF2 ミラーとアルミニウム ミラーの両方を使用しました。CaF2 ミラーは特定の波長をフィルタリングし、アルミニウム ミラーはより広い反射率を提供します。
- 回折格子:予想される信号波長で最大の効率が得られるように設計されたブレーズ格子は、光を波長ごとに分離します。
- MCP 検出器:蛍光体スクリーンと CMOS カメラを組み合わせたマイクロ チャネル プレート (MCP) 検出器により、空間分解能を備えた単一光子検出が可能になります。
- キャリブレーションとデータ分析:
- 校正:分光計の波長スケールは、窒素とキセノンの既知の輝線を使用して校正されました。ただし、論文では、校正中および実際の測定中の光路の違いにより、校正手順に系統的誤差が生じる可能性があることが指摘されています。
- データ処理:撮影された画像は次のように処理されました。
- ホットピクセルと高エネルギー粒子からのノイズを除去します。
- 球面回折格子のアーティファクトであるスペクトルの「バナナ型」の歪みを修正します。
- 主な調査結果:
- 検出成功:論文では、229mTh の崩壊に起因する信号の検出に成功したことが報告されています。CaF2 ミラーによる測定では、波長は 150.37 ± 1.31 nm であることが示唆されています。アルミニウム ミラー セットアップからの初期データは、149.07 ± 0.18 nm の信号を示しています。
- 校正の課題:著者は、波長測定の精度を向上させるには校正プロセスの改善が重要であることを認識しています。
- 今後の仕事:
- キャリブレーションの改善:現場でのキャリブレーションを可能にするために、新しい真空チャンバーの設計が提案され、結晶とミラーの配置を乱す必要がなくなりました。これにより、キャリブレーションにおける系統的誤差が軽減されるはずです。
- 強化された検出器:部分的に損傷した MCP 検出器を交換することで、データ品質が向上することが期待されます。
本質的に、Ira Morawetz の修士論文は、トリウム 229 をベースにした固体原子核時計の開発に向けた重要な一歩を説明しています。異性体遷移の検出に成功したことは有望な結果です。ただし、この論文では、重要な遷移波長のより正確で信頼性の高い測定を得るために、較正プロセスを改良することの重要性を強調しています。