Characterization of MagneTOF ion detector and Bradbury-Nielsen ion gate

Abstract

Moniheijastava lentoaikamassaerotin (engl. Multi-Reflection time-of-flight mass separator) on korkearesoluutioinen ionien massojen erotteluun ja mittaamiseen käytettävä laitteisto, jollaisen rakentaminen aloitettiin syksyllä 2016 kiihdytinlaboratorion IGISOL-ryhmässä. Tässä tutkielmassa kartoitettiin laitteistoon liitettävien MagneTOF ioni-ilmaisimen ja Bradbury-Nielsen -ioniportin toimintaa. Ilmaisinta käytetään laitteistolla eroteltavien io\-nien havaitsemiseen ja ioniportin avulla kiinnostuksen kohteena olevat ionit voidaan erotella muista hiukkasista. Tyhjiökammioon rakennettiin koeasetelma, jolla voitiin testata sekä ioniportin että MagneTOF-ilmaisimen toimintaa käyttäen samanaikaisesti tuotettuja kalium, rubidium, ja cesium ioneja. Ilmaisimen valmistajan ohjeistamat mittaukset sopivan käyttöjännitteen määrittämiseksi suoritettiin onnistuneesti ja ilmaisimesta saatu signaali vastasi hyvin odotuksia. Ioniportin ominaisuuksia tutkittiin vertailemalla mitattuja ioni\-en lentoaikoja laskennallisesti määritettyihin. Myös aikaa, joka tarvitaan portin täysin avaamiseen ja sulkemiseen, tutkittiin.

Multi-reflection time-of-flight mass-separator (MR-TOF-MS) is a high resolution ion mass separator and measuring device. Construction of such a device began in 2016 at IGISOL facility in the accelerator laboratory of University of Jyväskylä. This thesis explored the operation of the MagneTOF ion detector and Bradbury-Nielsen ion gate, both of which will be integral part of the device. An off-line test setup was built to test both the ion gate and the MagneTOF detector using a potassium-rubidium-caesium surface ion source. Appropriate operating voltages for the detector were successfully determined and the output signal from the detector responded well to expectations. Ion gate characteristics were studied by comparing the measured time-of-flight for ions with calculated values. Also, the minimum time in which the gate can be switched from fully closed mode to fully open, and vice versa was determined.