Year 2020, Volume 4 , Issue 1, Pages 43 - 65 2020-06-30

Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma
Buffer Gas Cooling in Penning Ion Traps

Halil İ̇brahim DURSUN [1] , Süleyman DURMUŞ [2] , Hüsnü AKSAKAL [3]


Bu çalışmada, iyonları elektrik alan ve manyetik alan kullanarak tuzaklayan Penning iyon tuzağı incelenmiştir. Penning tuzakları dünyada birçok laboratuvarda kullanılmaktadır. Penning tuzağı temel fizik araştırmalarında kütle spektrometresi olarak kütle tayininde, kuantum durumlarını kontrol etmede ve iyon tuzaklamak için kullanılmaktadır. Tek iyon veya birden fazla iyonun, iyon dinamiklerinin ve iyon sıcaklığı gibi diğer nicelikleri için Simbuca similasyon programı kullanılmıştır. Simbuca, C++ programlama dili ile yazılmış modüler bir Penning (iyon) tuzak simülasyon programıdır. İyonlar için Ideal Trap kullanılmıştır. Gerçekçi tampon gazı çarpışmaları ve grafik kartı kullanarak Coulomb etkileşimi ile bir Penning tuzağında iyon hareketinin simülasyonu olarak da kullanılmaktadır. Bununla birlikte, Coulomb etkileşimi içeren veya içermeyen elektrik ve manyetik alanların etkisi altında yüklü parçacık izlemesi gerektiren diğer uygulamalar için uygulanabilir bir programdır.
Tuzaklanmış iyonları soğutmak için Tampon Gaz yöntemi kullanılmıştır. Tampon gaz olarak soygaz atomlarından Helyum gazı kullanılmıştır. İyonların tampon gaz kullanımından önceki ve farklı tampon gaz kullanımından sonraki iyon dinamikleri incelenmiştir. Tuzaktan alınan veriler 1 ms olarak ayarlanmıştır. Ayrıca aynı tuzak parametreleri ve iyon için başlangıç değerleri kullanılarak ayrı ayrı 100 adet 7Li ve 11B iyonları için tampon gaz uygulanmadan önceki ve tampon gaz uygulandıktan sonraki sıcaklık değerleri hesaplanmış ayrıca Coulomb etkisi de kullanılarak sıcaklığın zamana bağlı değişimi elde edilmiştir. Ayrıca 100 iyon için Coulomb etkisi kullanılarak farklı iyonlar için sıcaklık değişimleri incelenmiştir.
In this study, Penning ion trap, which traps ions using electric field and magnetic field, is investigated. Penning traps are used in many laboratories around the world. Penning trap is used for mass determination as a mass spectrometer in basic physics research, for controlling quantum states and for ion trapping. Simbuca simulation program was used for other quantities of single ion or multiple ions such as ion dynamics and ion temperature. Simbuca is a modular Penning (ion) trap simulation program written in C++ programming language. Ideal Trap was used for ions. It is also used as a simulation of ion movement in a Penning trap with realistic Buffer gas collisions and Coulomb interaction using the A Graphics Card. However, Coulomb is a program applicable to other applications requiring charged particle tracking under the influence of electric and magnetic fields, with or without interaction.
Buffer Gas method was used to cool the trapped ions. Helium gas, one of the noble gas atoms, was used as buffer gas. Ion dynamics of ions before and after the use of buffer gas were investigated. The data from the trap is set to 1 ms. In addition, using the same trap parameters and initial values for ions, the temperature values before and after the application of buffer gas for 100 units of 7Li and 11B ions were calculated separately. In addition, temperature changes for different ions were investigated using Coulomb effect for 100 ions.
  • [1] Wikipedia contributors. (2017, October 10). Ion trap. In Wikipedia, The Free Encyclopedia [online]. Available: https://en.wikipedi0.org/wiki/Ion_trap
  • [2] P.M. Rao, R. D’Souza and S.A. Ahmad, Quadrupole ion traps, Resonance 6:4 (2001) 22-37.
  • [3] L. S. Brown, G. Gabrielse, Geonium theory: Physics of a single electron or ion in a Penning trap, Reviews of Modern Physics, 58:1 (1986) 233.
  • [4] J.R.C. Pita, Design, Development and operation of novel ion trap geometries, Ph.D. Thesis, Imperial College London (2007).
  • [5] Wikipedia contributors. (2019, March 5). Penning trap. In Wikipedia, The Free Encyclopedia[online]. Available: https://en.wikipedi0.org/wiki/Penning_trap
  • [6] K. Blaum, Y. Novikov, and G. Werth, Penning traps as a versatile tool for precise experiments in fundamental physics, Contemporary Physics,51(2) (2010) 149-175.
  • [7] K. Blaum, High-accuracy mass spectrometry with stored ions, Phys. Rep. 425 (2006) 1-78.
  • [8] G. Bollen. Lect. Notes Phys (Book style).2004, pp. 169-651.
  • [9] G. Savard, St. Becker, G. Bollen, H.-J. Kluge, R.B. Moore, Th. Otto, L. Schweikhard, H. Stolzenberg, U.Wiess, A new cooling technique for heavy ions in a Penning trap, Physics Letters A, 158:5 (1991) 247-252.
  • [10] S. Durmuş, Penning iyon tuzaklarında tampon gaz soğutma, Yüksek Lisans Tezi, Aksaray Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aksaray (2019).
Primary Language tr
Subjects Basic Sciences
Published Date June 2020
Journal Section Research Article
Authors

Author: Halil İ̇brahim DURSUN (Primary Author)
Institution: AKSARAY UNIVERSITY
Country: Turkey


Author: Süleyman DURMUŞ
Institution: T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI
Country: Turkey


Author: Hüsnü AKSAKAL
Institution: KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ, KAHRAMANMARAŞ SAĞLIK YÜKSEKOKULU
Country: Turkey


Dates

Application Date : December 4, 2019
Acceptance Date : May 11, 2020
Publication Date : June 30, 2020

Bibtex @research article { asujse655068, journal = {Aksaray University Journal of Science and Engineering}, issn = {}, eissn = {2587-1277}, address = {Aksaray Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Merkez Kampüs, 68100 Aksaray}, publisher = {Aksaray University}, year = {2020}, volume = {4}, pages = {43 - 65}, doi = {10.29002/asujse.655068}, title = {Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma}, key = {cite}, author = {Dursun, Halil İ̇brahim and Durmuş, Süleyman and Aksakal, Hüsnü} }
APA Dursun, H , Durmuş, S , Aksakal, H . (2020). Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma . Aksaray University Journal of Science and Engineering , 4 (1) , 43-65 . DOI: 10.29002/asujse.655068
MLA Dursun, H , Durmuş, S , Aksakal, H . "Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma" . Aksaray University Journal of Science and Engineering 4 (2020 ): 43-65 <http://asujse.aksaray.edu.tr/en/pub/issue/51080/655068>
Chicago Dursun, H , Durmuş, S , Aksakal, H . "Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma". Aksaray University Journal of Science and Engineering 4 (2020 ): 43-65
RIS TY - JOUR T1 - Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma AU - Halil İ̇brahim Dursun , Süleyman Durmuş , Hüsnü Aksakal Y1 - 2020 PY - 2020 N1 - doi: 10.29002/asujse.655068 DO - 10.29002/asujse.655068 T2 - Aksaray University Journal of Science and Engineering JF - Journal JO - JOR SP - 43 EP - 65 VL - 4 IS - 1 SN - -2587-1277 M3 - doi: 10.29002/asujse.655068 UR - https://doi.org/10.29002/asujse.655068 Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 Aksaray University Journal of Science and Engineering Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma %A Halil İ̇brahim Dursun , Süleyman Durmuş , Hüsnü Aksakal %T Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma %D 2020 %J Aksaray University Journal of Science and Engineering %P -2587-1277 %V 4 %N 1 %R doi: 10.29002/asujse.655068 %U 10.29002/asujse.655068
ISNAD Dursun, Halil İ̇brahim , Durmuş, Süleyman , Aksakal, Hüsnü . "Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma". Aksaray University Journal of Science and Engineering 4 / 1 (June 2020): 43-65 . https://doi.org/10.29002/asujse.655068
AMA Dursun H , Durmuş S , Aksakal H . Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma. Aksaray J. Sci. Eng.. 2020; 4(1): 43-65.
Vancouver Dursun H , Durmuş S , Aksakal H . Penning İyon Tuzaklarında Tampon Gaz Soğutma. Aksaray University Journal of Science and Engineering. 2020; 4(1): 43-65.