↓Siirry pääsisältöön

Pelit

Kokeile mittauksen vaiheita

Tarkastele kartasta ¹³³Xe:n perus- ja isomeerisiä tiloja sekä viritysenergiaa ja epävarmuutta. Isomeeri on suhteellisen pitkäikäinen virittynyt ydintila. MR-TOF:ssa ionit kulkevat sähköstaattisten peilien välillä: muuta kierroksia, piikin leveyttä ja ionien osuuksia. TOF-ICR:ssa radiotaajuutta pyyhkäistään syklotroniresonanssin yli: vertaa seossignaalia yhden ionilajin sovitukseen ja jäännöksiin (havainto miinus sovitus). PI-ICR:ssa liikkeen vaihe kuvataan ilmaisimelle: muuta kertymäaikaa ja tarkastele täyden kierroksen yli kiertyviä kulmia. Piikkien erottuminen, tilastollinen tarkkuus ja malliharha ovat eri rajoituksia.

Pelaa, kun suihku on poissa. Parhaat tulokset tallentuvat vain selaimeesi.

⏳ Kumpi elää pidempään?

Kaksi ydintä NUBASE2020:stä — valitse se, jonka puoliintumisaika on pidempi. Pidä putki käynnissä!

🎯 Etsi syklotroniresonanssi (TOF-ICR)

Säädä viritystaajuus ν_rf, ammu ioneja ja etsi lentoajan minimi. ¹³³Cs⁺ 7 T:n loukussa: ν_c = qB/(2πm) ≈ 808 795.01 Hz. Vähemmän laukauksia ja tarkempi arvaus antavat enemmän pisteitä.

💡 Mitä säätimet tarkoittavat?

Valitse ioni, varaus z, B ja viritysaika. Suorakulmainen on yksi RF-pulssi, Ramsey kaksi erillistä pulssia.

Säädä νrf ja kerää näytteitä. Teoria näyttää mallin, pisteet/pikselit muuttaa piirtoa. Pidempi viritys kaventaa ideaalista resonanssia.

💡 Fysiikkavinkit
  • Kun ν_rf = ν_c, kvadrupoliviritys muuntaa hitaan magnetroniliikkeen kokonaan nopeaksi redusoiduksi syklotroniliikkeeksi. Matkalla ilmaisimelle säteittäinen energia E_r ∝ ω₊²r² muuttuu aksiaaliseksi magneettikentän gradientissa, joten resonanssissa ionit lentävät nopeammin: resonanssi on lentoajan MINIMI.
  • Viivanleveys: FWHM ≈ 0,8/T_rf suorakaidepulssilla. Pidempi viritys → kapeampi kuoppa → tarkempi ν_c (tilastollinen tarkkuus ∝ 1/(T_rf·√N)).
  • Suorakaideviritys tuottaa sivuminimejä (sinc²-tyyppinen kuvio). Ramsey-viritys (kaksi lyhyttä pulssia ja odotusaika) antaa ~40 % kapeamman keskireunan — älä sekoita sivureunaa keskikohtaan.
  • Taajuudesta massaan: m = qB/(2πν_c) (B kalibroidaan referenssi-ionilla). 0,1 Hz:n virhe 808 kHz:llä on δm/m ≈ 1,2×10⁻⁷ ≈ 15 keV, kun A = 133.

TOF-ICR: päällekkäiset resonanssit ja sovituksen harha

Compare individual resonances with a mixed sample. A single-species fit can give a precise-looking centre that differs from the target ion’s resonance.

Osa tieteellisistä selityksistä näytetään englanniksi.

💡 Mitä säätimet tarkoittavat?

Aloita massasta, varauksesta, B:stä sekä loukun jännitteestä ja koosta. ν₊, ν₋ ja νz ovat muunnettu syklotroni-, magnetroni- ja aksiaalitaajuus.

Kokeile esiasetusta ja muuta yhtä arvoa kerrallaan. Säteet ja vaiheet määrittävät alkuliikkeen, viritys pulssin, nopeus animaation. Fancier käyttää erillistä loukkujen 1/2 kalibrointia, kun se otetaan käyttöön.

Tulkinta

Loading evaluated nuclear data…
Lisäparametrit ja oletukset

Masses: AME2020 ground state + NUBASE2020 excitation energy. # marks extrapolated properties. Unknown uncertainty is not zero; unavailable covariance uses an explicit diagonal approximation. Ionization and molecular binding energies are omitted.

Opetusvaste: t(F) = t_offset + t_scale / √(1 + κF). F on dimensioton moodimuunnoksen osuus, 0–1. Oletukset: t_offset = 62 µs, t_scale = 193 µs, κ = 1,876; muuntumaton tausta 8 %, tapahtumaleveydet σ = 7 ja 9 µs. Seoksen keskiarvo ja esitetyt tapahtumatiheydet painotetaan populaatioilla. Kohina on havainnollistavaa. Paikalliset Δχ² = 1 -välit eivät sisällä seoksen harhaa.

NUBASE2020 · AME2020 · Kretzschmar: Ramsey excitation

🌀 Erota isomeeri (PI-ICR)

Phase-imaging: after the accumulation time t_acc the cyclotron phase of each ion is projected onto a position-sensitive detector. Ground state and isomer differ in mass by Eₓ/c², so their spots move apart by Δφ = 2π Δν_c t_acc. Find a t_acc that separates them.

💡 Mitä säätimet tarkoittavat?

Hae ioni tai valitse useita. Muut tilat lisäävät luettelon muita tiloja. Massataulu valitsee lähteen, B kentän. Kertymäaika kasvattaa vaihetta, mutta ero voi kiertyä yli 360°.

Säde on ilmaisimen rengassäde; pisteleveys käyttää 0,1 mm yksikköä. Suhde ja epäpuhtaus säätävät määriä. σ on pisteleveyden erotustavoite. Vaiheensiirrot säätävät alkuvaiheita; kello pyöristää ajan. Harjoitus lisää kulmarajan ja sentroidin laskentamäärän; siemen toistaa kohinan. U₀ ja d säätävät ideaalisia loukkutaajuuksia.

Referenssin vaihe ja ajoitus

Siirrot koskevat detektorille projisoituja kuvioita magnetronireferenssin koordinaatistossa; positiivinen kulma on vastapäivään. Ensimmäinen syötetty ioni tai parin perustila määrää referenssitaajuudet. Päällekkäisyys siirtää pyydetyn ajan seuraavaan ratkaisuun, jossa νc t + (δ₊ − δ₋)/360° on kokonaisluku. Oletuskello pyöristää ideaalisen ajan 4 ns:n välein PyMassScannerin tapaan; jäljelle jäävä vaihe-ero näytetään. Ideaalinen ajoitus tuottaa tarkan päällekkäisyyden. Kuviot, kierrokset, epävarmuudet, vertailut ja vienti käyttävät todellista aikaa. Yhteinen origo kiertää kaikkia täpliä muuttamatta suhteellisia eroja.

α₋ = α₀ + δ₋; α₊ = α₀ + δ₊ + 360°νc t; νc = ν₊ + ν₋.

PI-ICR:n vaihe- ja päällekkäisyysmenetelmä

Ilmaisin ja harjoittelu

Ensimmäinen ionilaji on referenssi. Kierrokset = νc t; ero = (νc − νc,ref)t. Jäännöskulma kiedotaan välille [−180°,180°). Ensimmäinen vastakkainen asema saavutetaan ajassa 1/(2|Δνc|); samat taajuudet eivät erotu. Aika koskee yhtä paria ja pyöristetään 0,01 ms säätöväliin. Kierrosluvut perustuvat tunnettuihin simulaatiotaajuuksiin.

Kertymäaikojen vertailu

Tunnetut simulaatiotaajuudet määräävät täydet kierrokset. Lisäajat näyttävät vaiheen kiertymisen; näkymä ei ratkaise kokeen tuntematonta kierroslukua.

Kulmat ovat vastapäivään. Yhteinen origo kiertää täplät muuttamatta suhteellisia eroja. Detektorin piirrossäde on 21,00 mm ja kasvaa 32,00 mm:iin, kun täpläsäde ylittää 20,00 mm. Piirros ei mallinna detektorin hyväksyntähäviöitä.

σ on yhden tapahtuman kulman keskihajonta. Haku tarkistaa kaikki ioniparit 0,01 ms välein 5000 ms asti ja huomioi vaiheen kiertymisen; kyse ei ole sovituksen luottamustasosta.

Ulompien pisteiden σ vaikuttaa tapahtumaleveyteen ja vaihe-erotuskykyyn. Keskipilven σ muuttaa vain keskipilveä.

σ on yksittäisten tapahtumien kulmajakauman keskihajonta. 2,355σ vastaa likimain yhden Gaussin huipun puoliarvoleveyttä (FWHM), ei luottamustasoa tai kahden keskipisteen yhteistä epävarmuutta. Esiasetus ja oma arvo ohjaavat samaa lyhimmän ajan hakua ja vertailuviivaa.

💡 Fysiikkavinkit

Yhteisestä origosta νc = (φ + 2πn)/(2πt), missä φ on radiaaneina ja n täydet kierrokset. Simulaatio tuntee n:n; mittaus määrittää sen erikseen. Samalla varauksella lepoenergian lisäys E antaa |Δνc|/νc = E/(mioni c² + E). Pienillä kulmilla σφ ≈ σx,y/r; säädettävä r on aluksi 10,00 mm. R = 2πνc t/(2,355 σφ) on FWHM-erotuskyvyn ohjearvo, ei massan epävarmuus. Pidempi aika voi saada kiertävät täplät taas päällekkäin.

Ideaaliloukun liikkeet: nopea radiaalinen ν₊, hidas magnetroniliike ν₋ ja aksiaalinen värähtely νz. Tässä Φ = U₀(z² − r²/2)/(2d²), νc = qB/(2πmioni), νz = √(qU₀/(mioni d²))/(2π), ν± = [νc ± √(νc² − 2νz²)]/2. Vakaus edellyttää νc² > 2νz². Ideaalisuhteet: ν₊ + ν₋ = νc ja ν₊² + ν₋² + νz² = νc². Ensimmäinen approksimaatio: ν₋ ≈ U₀/(4πBd²).

Mitä kulmaa 1 keV vastaa?

Tämä on 1 keV:n lisäys lepoenergiaan eli massaan, ei liike-energiaan: δm = 1 keV/c² = 0,00000107354410 u. Samalla varauksella ja B:llä δνc = −νc δm/(mioni + δm) ja δφ = 360° δνc t. Negatiivinen kulma tarkoittaa referenssin jäljessä olevaa vaihetta vastapäiväisessä käytännössä. Tulos riippuu ensimmäisestä ionista ja nykyisestä kertymäajasta. Kyseessä on oletettu lisäys, ei mitattu isomeerienergia.

🪞 Erota isobaarit (MR-TOF)

Ionit heijastuvat kahden sähköstaattisen peilin välillä; jokainen kierros lisää lentoaikaa, joten isobaarien aikaero kasvaa piikkien levetessä vain hitaasti. Aseta ensin jäähdytin-kimputtimen alkukimpun leveys ja lisää kierroksia, kunnes piikit erkanevat.

💡 Mitä säätimet tarkoittavat?

Valitse ionipari tai manuaalisyöttö. Suhde määrää runsaudet, lukumäärä tapahtumat ja kierrokset peilien väliset edestakaiset lennot.

Δt₀: alkuleveys; Δt/kierros: lisälevenemä; t/kierros: kierrosaika; t₀: alkulentoaika. Käytä ilmoitettuja yksiköitä. Kierrokset erottavat mutta myös leventävät huippuja. Summa yhdistää huiput, log R vaihtaa asteikon.

💡 Fysiikkavinkit

t(N) = t₀ + N·T_lap ∝ √m, Δt = t·Δm/(2m), FWHM² = Δt₀² + (N·δ)², R = t/(2·FWHM). Piikit erottuvat, kun Δt ≥ FWHM eli R ≥ m/Δm.

MR-TOF: ionien ja isomeerien erottelu

Choose up to three ion species. Compare individual peaks with their combined spectrum, then see how separation changes with lap count.

Osa tieteellisistä selityksistä näytetään englanniksi.

💡 Mitä säätimet tarkoittavat?

Aloita massasta, varauksesta, B:stä sekä loukun jännitteestä ja koosta. ν₊, ν₋ ja νz ovat muunnettu syklotroni-, magnetroni- ja aksiaalitaajuus.

Kokeile esiasetusta ja muuta yhtä arvoa kerrallaan. Säteet ja vaiheet määrittävät alkuliikkeen, viritys pulssin, nopeus animaation. Fancier käyttää erillistä loukkujen 1/2 kalibrointia, kun se otetaan käyttöön.

Tulkinta

Loading evaluated nuclear data…
Lisäparametrit ja oletukset

Masses: AME2020 ground state + NUBASE2020 excitation energy. # marks extrapolated properties. Unknown uncertainty is not zero; unavailable covariance uses an explicit diagonal approximation. Ionization and molecular binding energies are omitted.

Flight time scales exactly as √(mion/q); fixed electronic delay is added afterwards. Width is phenomenological: FWHM² = initial width² + (laps × broadening)². Populations are detected fractions; displayed survival does not simulate decay products.

NUBASE2020 · AME2020

🧲 Pidä ionit (lineaarinen Paul-loukku / RFQ-massasuodin)

Ionit liikkuvat neljän sauvan nopeasti vaihtuvassa kvadrupolikentässä. Vain ionit, joiden toimintapiste (q, a) on stabiilisuusalueella, pysyvät r₀:n sisällä; muut osuvat sauvaan (kipinä). Säädä U ja V niin, että vain kohdemassa pääsee läpi.

💡 Mitä säätimet tarkoittavat?

Valitse ionit ja kohde. Mukautettu luettelo: 100Sn, 99In, 133Cs+2. A: massaluku, V: RF-jännite, U: DC-jännite, r₀: elektrodisäde, Ω/2π: RF-taajuus.

Emittanssi säätää alkuleveyttä, jaksot viipymää RF-jaksoina ja nopeus animaatiota. Sama siemen toistaa alkuryhmän. Rajat ovat ideaalisen Mathieu-mallin tuloksia; läpäisy koskee simuloitua ryhmää.

V on RF-jännitteen nollasta huippuun mitattu amplitudi; U on tasajännite. Törmäyksetön poikittaismalli havainnollistaa läpäisyä rajallisessa ajassa. Aksiaalinen kuljetus, puskurikaasu, avaruusvaraus ja reunakentät puuttuvat. Mathieun yhtälö

Trap design, inverse calculations and derivations

RFQ rod potentials are ±(U−V cos Ωt). V is the zero-to-peak amplitude of one rod pair relative to ground; the differential amplitude is 2V. The cooling panel uses differential V_RF, so equal numerical voltages are not interchangeable.

Φ=(U−V cos Ωt)(x²−y²)/r₀² → Eₓ=−2(U−V cos Ωt)x/r₀², Eᵧ=+2(U−V cos Ωt)y/r₀².
τ=Ωt/2 → x″+(a−2q cos 2τ)x=0, y″+(−a+2q cos 2τ)y=0.
a=8QU/(mr₀²Ω²), q=4QV/(mr₀²Ω²), a/q=2U/V.
νx,y=βx,y f_RF/2; ν≈f_RF√(a+q²/2)/2 in the adiabatic approximation only.

Inverse design uses the selected target ion, radius and RF frequency. Preview before applying; any edit invalidates the previous preview. Nominal depth QqV/4 is for U=0 at r=r₀ in the ideal adiabatic model, rather than a measured rod-surface barrier. Mass cutoffs describe the infinite-time first stability region; finite-residence transmission may differ. NIST DLMF

Toimintasuora ja massarajat

Ideaaliset Mathieu-rajat eivät ole mitattuja läpäisyhyötysuhteita. V on RF-huippuamplitudi ja huipusta huippuun jännite 2V. Rajat riippuvat varauksesta; tässä m/z on yksikössä u/e.

💡 Fysiikkavinkit

RF-jaksojen määrä asettaa viipymäajan, ei sauvojen pituutta: N jaksoa taajuudella f MHz antaa t = N/f mikrosekuntia. Oletusarvoilla 60 jaksoa ja 1,00 MHz tarkoittavat 60,00 µs. Fyysinen pituus vaatisi myös aksiaalisen nopeuden: L = v_z t. Aksiaalista liikettä ei tässä simuloida. r₀ on etäisyys akselista elektrodin pintaan, aluksi 10,00 mm. V on RF-huippuamplitudi, U tasajännite ja Ω = 2πf. z on positiivisten alkeisvarausten lukumäärä; m/z on massa varausta kohden. Dimensiottomat a ja q paikantavat ionin Mathieu-kaavioon; toimintasuora on a/q = 2U/V. LMCO ja HMCO ovat ideaaliset massan ja varauksen suhteen rajat, eivät läpäisyhyötysuhteita. Alkujakauma määrittää lähtöpaikkojen kiekon säteen prosentteina r₀:sta; sama opetushajonta vaikuttaa lähtönopeuksiin eikä ole mitattu säteen emittanssi. Animaation nopeus muuttaa toistoa, ei a:ta, q:ta tai rajoja. Siemen toistaa satunnaisen lähtösekvenssin. Vihreä vakausalue tarkoittaa rajattua liikettä ideaalissa äärettömän ajan yhtälössä; pelkkä lyhytaikainen säilyminen ei todista vakautta.

🧪 Jaksollinen järjestelmä ja alkuaineiden alkuperä

Väritä taulukko kemiallisen lohkon, tähtitieteellisen alkuperän (useita lähteitä alkuainetta kohti), olomuodon tai ominaisuuden lämpökartan mukaan ja pelaa alkuperäpeli.

…

🧩 Maagiset luvut ja alkuaineet

Pikakysymyksiä nuklidikartasta.

🦓 Loukkueläintarha

Miten eri laitteet pitävät tai ohjaavat ioneja — animoituja luonnoksia, ei mittakaavassa.

Animoituja luonnoksia, ei mittakaavassa. Punainen/sininen = elektrodien napaisuus (vaihtuu RF:n mukana); värijälki on yksi ioni tai atomi.

Hyperbolinen Penning-loukkuVoimakas aksiaalinen magneettikenttä + heikko sähköinen kvadrupoli. Kolme ominaisliikettä: nopea syklotroni ν₊, hidas magnetroni ν₋, aksiaalinen ν_z; ν₊ + ν₋ = ν_c = qB/(2πm) antaa massan.
Sylinterimäinen Penning-loukkuSama periaate pinotuilla avoimilla sylintereillä: helppo injektio ja ejektio; korjauselektrodit tekevät potentiaalista harmonisen. Puhdistus- ja tarkkuusloukut (esim. JYFLTRAP).
Paul-loukku (RF)Pelkkä värähtelevä (RF) sähköinen kvadrupoli: voima vaihtuu nopeammin kuin ioni ehtii karata ja keskiarvoistuu sitovaksi pseudopotentiaaliksi (Mathieu-stabiilisuus).
Lineaarinen Paul-loukku / RFQNeljä RF-sauvaa antaa säteittäisen sidonnan (poikkileikkaus); DC-pääteelektrodit sitovat aksiaalisesti. Puskurikaasulla se jäähdyttää ja kimputtaa suihkun — jäähdytin-kimputin ennen jokaista loukkua.
MR-TOF-massaspektrometriKaksi sähköstaattista peiliä taittaa kilometrien lentomatkan metriin: TOF ∝ √(m/q), erotuskyky yli 10⁵ millisekunneissa; myös nopea isobaarierotin.
VarastorengasDipolimagneetit taivuttavat ja kvadrupolit fokusoivat kiertäviä ioneja; kierrostaajuus antaa m/q:n (isokroninen tai Schottky-massaspektrometria), jopa yhdestä ionista.
Elektronisuihkuioniloukku (EBIT)Tiheä elektronisuihku ionisoi ioneja askel askeleelta ja pitää ne säteittäin avaruusvarauksellaan; ajoputkien potentiaalit sitovat aksiaalisesti — korkeasti varattujen ionien lähde.
OrbitrapIonit kiertävät värttinäelektrodia ja värähtelevät sen suunnassa taajuudella ω_z = √(k·q/m); kuvavirran Fourier-muunnos antaa massaspektrin.
Magneto-optinen loukku (MOT)Kuusi punasiirrettyä lasersädettä hidastaa neutraaleja atomeja Doppler-jäähdytyksellä; anti-Helmholtz-kvadrupolikenttä saa sirontavoiman työntämään ne keskelle — µK-lämpöisiä pilviä.
Optinen pinsetti / dipoliloukkuTiukasti fokusoitu, kaukana resonanssista oleva lasersäde indusoi dipolin, joka vetäytyy intensiteetin maksimiin (optinen dipolivoima): yksittäiset atomit polttopisteessä, ryhmät kvanttisimulaatioon.