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

El trabajo que se presenta en esta tesis doctoral se ha realizado en el marco del proyecto TRAPSENSOR [1], financiado por el Consejo Europeo de Investigacion. Tiene como objetivo principal implementar un metodo para la medida de masas de precision basado en la deteccion de fotones de fluorescencia de un unico ion de calcio. Uno de los elementos principales es la linea de haz de trampas magneticas (Penning traps) [2] que se ha disenado y construido en el transcurso de este trabajo a partir de estudios realizados, tomando como punto de partida la instalacion SHIPTRAP en el GSI de Darmstadt (Alemania) [3,4]. La linea de trampas magneticas esta compuesta por una fuente de produccion de iones por ablacion laser, una seccion de transferencia, para transporte y primera identificacion de los iones producidos [5], y el sistema de trampas magneticas fijadas en el tubo interior de un iman superconductor de 7 T de campo maximo, identico al que existen en varios experimentos SHIPTRAP [6], JYFLTRAP [7], MLLTRAP [8] y TRIGATRAP [9]. Al sistema le sigue una seccion de tiempo de vuelo para llevar a cabo medidas. En paralelo a la linea de trampas magneticas, se ha construido un dispositivo formado por una trampa de radiofrecuencia [10], con su fuente de iones y elementos de vacio, y un sistema de laseres con su mecanismo de regulacion [11]. Con este dispositivo se ha podido enfriar hasta el limite Doppler un ion de calcio. Este es el punto de partida para la utilizacion de este ion en el metodo propuesto por el proyecto TRAPSENSOR. La parte mas relevante de este trabajo en la linea de trampas magneticas ha sido el diseno, construccion, puesta en funcionamiento y la caracterizacion completa de la trampa de preparacion en la linea de trampas magneticas. Para el diseno de este elemento se ha tomado como punto de partida la trampa de preparacion propuesta en el documento de construccion tecnica (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 tecnicas de deteccion no destructiva de iones atrapados que se han llevado a cabo en la universidad para las medidas de masas de precision a partir de la senal de fluorescencia (proyecto TRAPSENSOR) y por el metodo de amplificacion de la senal electronica inducida por el ion atrapado en los electrodos de la trampa (proyecto FPA2012-32076). Los sistemas construidos cumplen las especificaciones electronicas y se probaran con iones a finales de 2016. [1] D. Rodriguez, Appl. Phys. B: Lasers O. 107 (2012) 1031. [2] J.M. Cornejo et al., Nucl. Instum. Methods. B, DOI:10.1016/j.nimb.2015.11.033 (2015). [3] M. Block et al., Nature 463 (2010) 785. [4] E. Minaya Ramirez et al., Science 337 (2012) 1207. [5] J.M. Cornejo et al., Nucl. Instrum. Methods. B 317 (2013) 522. [6] M. Block et al., Eur. Phys. J. A 25 (2005) 49. [7] V.S. Kolhinen et al., Nucl. Instrum. Methods A 528 (2004) 776. [8] B. Blank et al., Int. J. Mass Spectrom. 349 (2013) 264. [9] J. Ketelaer et al., Nucl. Instrum. Methods A 594 (2008) 162. [10] J.M. Cornejo et al., Rev. sci. Instrum. 86 (2015) 103104. [11] J.M. Cornejo et al., Hyperfine Interact. 227 (2014) 223. [12] D. Rodriguez et al., Eur. Phys. J. Spec. Top. 183 (2010) 1.