Bereczky Réka Judit

Transmission of charged particles through a single glass microcapillary

MTA Atommagkutató IntézeteTémavezető: Tőkési Károly

Hungarian Academy of Sciences

Motiváció, Cél

Motiváció: 1. új típusú részecsketranszport - jelenség

- nanokapilláris- mikrokapilláris (technikai

alkalmazások)

2. Eddigi vizsgálatok : „kapilláris kötegek” → párhuzamosság

→ kollektív hatásokCél: • Töltött részecskék kölcsönhatásának vizsgálata egyedi,

mikroszkopikus méretű üveg kapillárissal

• Ionterelés

• Elektronterelés

Schiessl et al., PRA 72, 062902 (2005); PRL 102, 163201 (2009).

Ionok átvezetése

EREDMÉNYEK

1. a tézispont: minta előállítása

Anyag: Pyrex, (SiO2 - 80.6% , B2O3 - 12.6%, Na2O - 4.2%, Al2O3 - 2.2%)

Paraméterek: Átmérő: 170 μm, Hossz: 11,4 mm, Hossz/Átmérő: 67

• A minták előállítására új módszer kifejlesztése

1. b tézispont: hűthető, fűthető mintatartó

• Hűthető-fűthető mintatartó kifejlesztése és megépítése

• Kapilláris: grafit bevonat:

- nincs makroszkopikus feltöltődés

- szimmetrikus elektromos tér

• A kapillárist körbevevő réz

mintatartó:

- jó hővezetés

- egyenletes hőmérséklet eloszlás

• Referencia rés, d = 100 μm, a

bemenő áram intenzitásának

meghatározásához

R.J. Bereczky et al. Sample holder for studying

temperature dependent particle guiding, NIM B 279

(2012) 182.

1. c tézispont: minta külső elektromos tér hatásának vizsgálatához

Egyenként egy-egy ~200 μm belső átmérőjű egyenes, elektródákkal ellátott üvegkapilláris minta.

Az elektródákkal ellátott kapillárist egy 3 mm külső átmérőjű alumínium csőben rögzítettük.

Accepted ITS LEIF proposal, No: P09076A: The influence of external electric fields onto capillary guiding (2009).

• Külső elektromos terek kapillárisban végbemenő önszerveződő folyamatra gyakorolt hatásának vizsgálatához speciális mintákat terveztem és építettem meg.

Kísérleti berendezés I

CSIGA (Capillary Slow Ion Guiding Apparatus)

• Ar9+ ionok, 500V → 4.5 keV (1.5 * 105 m/s)

• 14.5 GHz ECR , SOPHIE (SOurce for Production of Highly charged Ions using ECR)

Collimator: d=1 mm, opening angle 0.5°

Pressure < 5*10-9 mbarAcceptance angle ±0.7°

2. tézispont: ionterelés

R.J. Bereczky, G. Kowarik, F. Aumayr, and K. Tőkési, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 267 (2009) 317.

• A nanokapillárisoknál tapasztalt töltött részecske átvezetés mikroszkopikus méretű kapillárisok esetében is megfigyelhető. Jelentős átvitel tapasztalható még a nyalábtengelyhez képest nagy szögben döntött kapillárisok esetében is.

• Az átviteli tér felépülése időfüggő folyamat, az egyensúlyi állapot kialakulása után ionok esetében stabil az átvitel.

R.J. Bereczky, G. Kowarik, F. Aumayr, and K. Tőkési, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 267 (2009) 317.

Eltérülési szög (θ)Dőlésszög (ψ)

2. tézispont: ionterelés

• Az átjutott ionok szögeloszlása keskenyebb a primer nyalábénál, azaz a kapillárisnak fókuszáló, nyalábformáló tulajdonsága van.

3. tézispont: az ionterelés hőmérsékletfüggése

limit

G. Kowarik, R.J. Bereczky, F. Ladinig, D. Schrempf, C. Lemell, J. Burgdörfer, K. Tőkési and F. Aumayr, The Way to Optimum Ion Guiding through Insulating Capillaries, PRL, arXiv: 1109.3953v1.

• A kapilláris hőmérsékletének megváltoztatásával több nagyságrenddel tudjuk változtatni a boroszilikát üveg elektromos vezetőképességét.

• Az üveg hőmérséklete nagymértékben befolyásolja a kapillárison át történő ionáramlást, aminek hatása kompenzálható a bemenő ionárammal.

G. Kowarik, R.J. Bereczky, F. Ladinig, D. Schrempf, C. Lemell, J. Burgdörfer, K. Tőkési and F. Aumayr, The Way to Optimum Ion Guiding through Insulating Capillaries, PRL, arXiv: 1109.3953v1.

σ x 10jin x 10

3. tézispont: az ionterelés hőmérsékletfüggése

• pályaszámítás (feltöltődéssel és a nélkül)

• feltöltődés: másodlagos elektronkeltés?

• szórás helyi síkfelületen → felületi szórás (rugalmas, rugalmatlan)

e

e-

qin

qout

e-

Elektronok átvezetése

Kísérleti berendezés II

E: 300-1000 eV

4. tézispont: elektronterelés

B.S. Dassanayake, S. Das, R.J. Bereczky, K. Tőkési, J.A. Tanis, Energy dependence of electron transmission through a single glass macrocapillary. Physical Review A 81 (2010) 020701(R).

• A mikroszkopikus méretű szigetelő cső is képes átvezetni az elektronokat, még a kapillárisnak a bemenő nyaláb tengelyéhez képesti nagy dőlésszöge esetén is.

4. tézispont : elektronterelés energiafüggése

• A karakterisztikus átviteli szög c nő a primer energia növekedésével.

• Az átjutott elektronok intenzitása e- szerint csökken.

• Jelentős az energiaveszteséggel átjutott elektronok járuléka.

• Direkt (geometria) és indirekt átvitel

B.S. Dassanayake, S. Das, R.J. Bereczky, K. Tőkési, J.A. Tanis, Energy dependence of electron transmission through a single glass macrocapillary. Physical Review A 81 (2010) 020701(R).

5. tézispont: elektronterelés időfüggése

B.S. Dassanayake, R.J. Bereczky, S. Das, A. Ayyad, K. Tőkési and J.A. Tanis, Time evolution of electron transmission through a single glass macrocapillary: charge build-up, sudden discharge, and recovery, Physical Review A 83 (2011) 012707.

• A töltésfolt folyamatos növekedése, majd kisülése következtében, ellentétben az ionterelési mechanizmussal, stabil egyensúlyi állapot nem következik be, még nagy bemenő nyalábintenzitás esetén sem.

Alkalmazás: nyalábvezetés, fókuszálás T

öltö

tt r

észe

csk

ék

Kapilláris fólia

Egyedi kapilláris

Ion

forr

ás

G. Kowarik, R.J. Bereczky, F. Aumayr and K. Tőkési, Production of a microbeam of slow highly charged ions with a single microscopic glass-capillary, Nucl. Instr. and Meth. B 267 (2009) 2277.

ion

kapilláris sejtmag

Sejttartó tálka

kapilláris

sejt

sejtszerv

hagyományosnagyenergiájúionnyaláb

besugárzott terület

Alkalmazás: élő szövetek, sejtek irányított besugárzása

A doktori értekezéshez kapcsolódó publikációk:

1. R.J. Bereczky, G. Kowarik, F. Aumayr and K. Tőkési, Transmission of 4.5 keV Ar9+ ions through a single glass macrocapillary, Nucl. Instr. and Meth. B 267 (2009) 317.  2. R.J. Bereczky, G. Kowarik, C. Lemaignan, F. Aumayr, K. Tőkési, Transmission of 4.5 keV Ar9+ ions through a single glass macrocapillary. Journal of Physics 194 (2009) 132019. 3. R.J. Bereczky, B.S. Dassanayake, S. Das, K. Tőkési, J.A. Tanis, Guiding of electrons through a single glass macrocapillary. Journal of Physics 194 (2009) 132014. 4. R.J. Bereczky, G. Kowarik, C. Lemaignan, A. Macé, F. Ladinig, R. Raab, F. Aumayr, and K. Tőkési, Guiding Of Slow Highly Charged Ions Through A Single Mesoscopic Glass Capillary, CAARI 2010. AIP (2011) 119.  5. R.J. Bereczky, G. Kowarik, K. Tőkési and F. Aumayr, Sample holder for studying temperature dependent particle guiding, Nucl. Instr. and Meth. B. 279 (2012) 182. 6. G. Kowarik, R.J. Bereczky, F. Aumayr and K. Tőkési, Production of a microbeam of slow highly charged ions with a single microscopic glass-capillary, Nucl. Instr. and Meth. B 267 (2009) 2277. 7. G. Kowarik, R.J. Bereczky, F. Ladinig, D. Schrempf, C. Lemell, J. Burgdörfer, K. Tőkési and F. Aumayr, The Way to Optimum Ion Guiding through Insulating Capillaries, arXiv: 1109.3953v1. 8. B.S. Dassanayake, S. Das, R.J. Bereczky, K. Tőkési, J.A. Tanis, Energy dependence of electron transmission through a single glass macrocapillary. Physical Review A 81 (2010) 020701(R). 9. B.S. Dassanayake, R.J. Bereczky, S. Das, A. Ayyad, K. Tőkési and J.A. Tanis, Time evolution of electron transmission through a single glass macrocapillary: charge build-up, sudden discharge, and recovery, Physical Review A 83 (2011) 012707. 10. B.S. Dassanayake, S. Das, A. Ayyad, R.J. Bereczky, K. Tőkési and J.A. Tanis, Charge evolution and energy loss associated with electron transmission through a macroscopic single glass capillary, Nucl. Instr. and Meth. B 269 (2011) 1243. 11. B.S. Dassanayake, S. Das, R.J. Bereczky, K. Tőkési, J.A. Tanis, Energy dependence of electron transmission though a single glass capillary. Journal of Physics 194 (2009) 132016. 

12. B.S. Dassanayake, S. Das, R.J. Bereczky, K. Tőkési, J.A. Tanis, Time evolution of electron transmission through a single glass capillary. Journal of Physics 194 (2009) 132011.

Meghívott előadások

 1. R.J. Bereczky: Guiding of slow highly charged ions through a single mesoscopic glass capillary, CAARI 2010 21st International Conference on the Application of Accelerators in Research and Industry, Denton, Texas, USA, 8-13 August, 2010.

 2. R.J. Bereczky: The effect of temperature on guiding of slow highly charged ions through mesoscopic glass capillaries , CEPAS 2011, 5th Conference on Elementary Processes in Atomic Systems, Belgrade, Serbia, June 21 - 25, 2011.

 3. R.J. Bereczky: Controlling the guiding properties of mesoscopic glass capillaries for slow highly charged ions , ICPEAC, XXVII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, Belfast, Northern Ireland, UK, 27 July - 2 August, 2011.

Ismeretterjesztő közlemények

1. R. J. Bereczky, G. Kowarik, F. Aumayr and K. Tőkési Guiding of HCl through a single macroscopic glass-capillary, ITSLEIF Newsletters 11 (2008) . 

2. K. Tőkési, R.J. Bereczky, Töltésüket megőrző parányok önterelődése makrokapillárisokban, Természet világa (2012), közlésre elfogadva

Egyéb, nem referált publikációk

26 poszter és 9 előadás

15 ATOMKI Annual report

FÜGGETLEN HIVATKOZÁSOK SZÁMA: 16

A prezentáció elkészítését a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024 számúprojekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az EurópaiSzociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Tőkési Károly

Friedrich Aumayr

John Tanis

Köszönetnyilvánítás

Kitekintés - További tervek, lehetőségek

- Mikronyaláb áthaladása vezető és szigetelő lapocskák között

K. Tőkési, I. Rajta, R.J. Bereczky, K. Vad, Investigation of MeV proton microbeam transmission between two flat plates – the cases of homogeneous metallic and insulator plates, Nucl. Instr. and Meth. B. 279 (2012) 173.

Cu housing

Glass plate

Glass plate

Gap 170 μm

- Pozitronok mikrokapillárison át történő transzportjának vizsgálata R.D. DuBois - Missouri University of Science and Technology, Rolla, MO USA

- Elektronok mikrokapillárison át történő transzportjának vizsgálata A. R. Milosavljevic - Institute of Physics, University of Belgrade, Serbia

- Ionok és mikrokapillárisok kölcsönhatásaF. Aumayr, Institute of Applied Physics, Vienna University of Technology, AustriaA. Cassimi, CIMAP/CIRIL, Cean, France