Новый подход расширяет возможности ускорителя находить признаки сверхновых в лунной пыли

После переключающего магнита был добавлен фильтр Вина с максимальным напряжением ±60 кВ и максимальным магнитным полем 0,3 Тл, чтобы снизить фон обнаружения нуклидов с низким содержанием. Автор: China Institute of Atomic Energy

Результаты опубликованы в журнале Nuclear Science and Techniques.

В исследовании, проведенном Бин Го, использовалась усовершенствованная методика масс-спектрометрии на ускорителе (AMS) для обнаружения ⁶⁰ Fe, редкого изотопа, вырабатываемого сверхновыми и обнаруженного в образцах, возвращенных с Луны. Усовершенствованная система AMS, оснащенная фильтром Вина, успешно идентифицировала ⁶⁰ Fe в имитационных образцах с ранее недостижимыми уровнями чувствительности. Это открытие демонстрирует чувствительность обнаружения лучше, чем 4,3 × 10 ⁻¹⁴ и потенциально достигающую 2,5 × 10 ⁻¹⁵ в оптимальных условиях.

На протяжении десятилетий проблема обнаружения изотопов с низким содержанием, таких как Fe ^-60, в лунных образцах ставила ученых в тупик из-за нехватки изотопа и присутствия мешающих элементов. Традиционные методы не отличались чувствительностью. Последние модификации тандемного ускорителя HI-13 CIAE представляют собой значительный шаг вперед.

Го сказал: «Наша команда согласилась с тем, что единственный способ точно отслеживать исторические события сверхновых — это расширить границы возможностей нашего оборудования. Установка фильтра Вина может изменить правила игры для нас».

Мишенная камера была снабжена коллиматором, держателем мишени и чашкой Фарадея. На держателе мишени устанавливались фольговые деструкторы Si₃N₄. Магнитный спектрограф Q3D может вращаться вокруг целевой камеры. Автор: China Institute of Atomic Energy

Диск катододержателя является частью многокатодного источника отрицательных ионов NEC методом распыления цезия. Катоды из образцов ⁶⁰Fe и холостых образцов устанавливались на диск держателя. Автор: China Institute of Atomic Energy

Результаты этого исследования выходят за рамки академической сферы и предлагают понимание процессов, которые формируют нашу Вселенную. Возможность измерять мельчайшие количества ⁶⁰ Fe на Луне обеспечивает прямую связь с изучением прошлых событий сверхновых, которые происходили поблизости. Эти открытия имеют значение для астрофизики, предлагая новую линзу, через которую можно рассматривать историю и эволюцию звезд.

Заглядывая в будущее, исследовательская группа CIAE планирует и дальше совершенствовать свои методы, чтобы повысить чувствительность измерений. Ожидается, что повышение эффективности источника ионов и передачи луча еще больше расширит возможности обнаружения.

«Наша следующая цель — оптимизировать всю нашу систему AMS, чтобы достичь еще более низких пределов обнаружения. Каждое повышение чувствительности открывает целый мир возможностей», — объяснил Го.

Успешное развитие этого усовершенствованного метода AMS способствует как исследованию Луны, так и изучению межзвездных явлений. По мере того, как исследователи продолжают совершенствовать эту технологию, наше понимание истории Вселенной становится глубже, еще раз доказывая, что наше путешествие по космосу еще далеко не завершено.

Больше информации: Yang Zhang et al, Stepped-up development of accelerator mass spectrometry method for the detection of 60Fe with the HI-13 tandem accelerator, Nuclear Science and Techniques (2024). DOI: 10.1007/s41365-024-01453-x