Karakterisatie van de spectrale resolutie van de in-gas-jet laser ionisatie spectroscopie methode

Laserspectroscopische studies, complementair aan kernspectroscopie in de regio van de actiniden en de superzware elementen (SZE), geven informatie over nucleaire grond en isomerische toestanden, zoals de ladingsstraal, magnetisch
dipool en elektrisch quadrupool moment en spin. Deze observabelen zijn essentieel om zowel de kernmodellen te valideren en hun voorspellend vermogen te verbeteren. Het efficient scheiden en bestuderen van de actiniden en SZE is echter een technisch uitdagende opgave waarbij experimentele technieken met een hoge resolutie en hoge efficiëntie noodzakelijk zijn. Een hoge spectrale resolutie zorgt dat de onzekerheden van de bekomen nucleaire eigenschappen gedomineerd worden door onzekerheden uit de atomaire theorie, terwijl de hoge efficiëntie het toelaat om elementen te bestuderen waarvan slechts 1 atoom elke 10 seconden wordt geproduceerd.

Met de in-gas-jet methode, eenextensie van de In Gas Laser Ionization and Spectroscopy (IGLIS) techniek kan de spectrale resolutie verbeterd worden met meer dan een grootteorde in vergelijking met in-gas-cell laser ionisatie spectroscopie, zonder aan efficiëntie te verliezen. In deze methode vindt de ionisatie van de bestudeerde isotopen plaats in een supersonische gas jet met vloeisnelheden die hoger liggen dan de lokale geluidssnelheid.

Een extensieve karakterisering van de in-gas-jet methode is uitgevoerd in het offline IGLIS laboratorium met als doel het verder bestuderen van de bereikbare limieten op de spectrale resolutie. De eigenschappen van de supersonische jets, in het kader van hoge efficiëntie en resolutie IGLIS studies van kortlevende isotopen, zijn opgemeten onder offline omstandigheden door gebruik te maken van Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF) spectroscopie op koper. De PLIF spectroscopie is vooraf gevalideerd door toepassing op gekende flow parameters van supersonische vrije jets. Lange (> 80 mm) en quasi-uniforme jets werden gevormd wanneer de binnenste contour van het mondstuk tot op de µm schaal geoptimaliseerd was en geproduceerd met een hoge precisie en minimale oppervlakteruwheid, en het drukverschil tussen het mondstuk en een achtergrond medium gematched was. De voorspelde Doppler verbreding met de verbeterde in-gas-jet methode is ongeveer 140 MHz voor Nobelium isotopen.

In de vooruitzichten worden de toekomstige stappen van de karakterisatie en verbetering van de in-gas-jet methode besproken. Enkele technische details die de uitstekende prestatie van de IGLIS setup mogelijk maken, worden ook besproken.