ELISA er en lille ionlagerring på Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet. ELISA kan lagre ioner i lang tid udelukkende ved hjælp af elektriske felter og lade dem vekselvirke med laserlys eller lavenergetiske elektroner. Dermed muliggøres en lang række studier inden for bl.a. biofysik, studier af klynger og molekylær fysik.
ELISA (ionlagerring)
Overblik
ELISA blev bygget og indkørt i slutningen af 1997. Den var på det tidspunkt enestående, idet den var den eneste lagerring i verden, der udelukkende benyttede elektriske felter til afbøjning, styring og fokusering. Dette førte da også til, at dens designer, Søren Pape Møller, modtog European Accelerator Prize i 1998. ELISA er senere blevet kopieret og modificeret, så der i 2023 er ca. 10 sådanne lagerringe i verden.
Indtil ELISA kom i drift, blev ioneksperimenter, der krævede en lagerring, udført på ASTRID. Gradvist overtog ELISA alle ioneksperimenter, og derefter blev ASTRID udelukkende brugt som elektronsynkrotron med henblik på produktion af synkrotronstråling.
Der er flere fordele ved en elektrostatisk lagerring:
- Den er meget billig at konstruere, da den ikke skal bruge store og tunge elektromagneter med tilhørende kobberspoler og store strømforsyninger. Det gør det muligt for forskningsinstitutioner med et begrænset budget også at have en lagerring.
- Den kræver ikke meget plads; ELISA er ca 7,6 m i omkreds.
- Den bruger meget lidt strøm i forhold til en lagerring, der benytter elektromagneter.
- Den kan lagre partikler uafhængigt af deres masse.
En ulempe er, at en elektrostatisk lagerring kun kan lagre ioner, og kun med forholdsvis lav energi.
Maskinen
En tegning af ELISA. Elementernes betegnelser på tegningen er:
BEH: Horisontal afbøjning
DEH: Horisontal korrektion
DEV: Vertikal korrektion
QEH, QEV: Horisontalt og vertikalt fokuserende kvadrupol.
V,H: Detektorer til bestemmelse af strålens position.
RF: rør der med en RF spænding kan 'bundte' strålen, så den får en tidslig struktur.
CUP: En metalplade, der kan skydes ind i strålen for at måle strømmen.
De to cyanfarvede rektangler er reserveret eksperimentelt udstyr.
Et sæt af de afbøjningsplader, der benyttes til 160 graders afbøjning i ELISA.
En elektrostatisk kvadrupol i ELISA.
ELISA er udformet som en klassisk væddeløbsbane, nemlig som to halvcirkler forbundet af to lige strækninger. I ELISA er radius af afbøjningen i enderne 250 mm. Afbøjningerne er to sæt af kurvede afbøjningsplader, der afbøjer ionstrålen 160 grader. Før og efter disse plader er der 10 graders afbøjningsplader, således at strålen i alt afbøjes 180 grader i hver ende af maskinen.
De lige strækninger er ca 3 m lange, og der er kvartsvinduer i forlængelsen af de lige strækninger, så man kan bringe en laserstråle til at overlappe ionstrålen.
Vakuum
Der anvendes store vakuumrør til at huse ringens elementer, og der er derfor meget effektiv pumpning. I ELISA er trykket derfor i størrelsesordenen 10-11 mBar, og ved nedkøling af hele maskinen kan dette bringes endnu længere ned. Det har stor betydning for strålens levetid, idet sammenstød mellem ionerne i strålen og de luftmolekyler, der er i ringen, er hovedårsag til tab af ioner. Levetiden af ionstrålen i ELISA er op til flere minutter.
Energi
En stor fordel ved en elektrostatisk ring i forhold til en ring, der er baseret på elektromagnetiske elementer er, at ioner af enhver masse kan lagres, blot de er accelereret med samme spænding. ELISA kan lagre partikler med en energi på op til 22keV (kiloelektronvolt = 1000 elektronvolt) pr. ladning. Dvs at mens fx kulionen C+ kan lagres med en energi på op til 22keV, kan den dobbeltladede ion C++ lagres med en energi på op til 44keV. Ved maksimal kinetisk energi er spændingen på afbøjningspladerne i maskinens ender ca ±3250 Volt.
Injektion
De ioner, der injiceres i ELISA, kommer fra en lille elektrostatisk accelerator. Den kan accelerere ioner med en spænding på op til 25kV. Mellem injektoren og ELISA er det nødvendigt at have en magnet til udvælgelse af netop den ion, der ønskes lagret. Det er nødvendigt, fordi der ud over det grundstof eller molekyle, man ønsker at studere, er meget andet til stede i ionkilden såsom ilt, kvælstof og vanddamp. Alle disse bliver accelereret med samme spænding og vil derfor alle kunne lagres samtidigt i ELISA. Men en magnet tillader kun ioner med samme masse/ladningsforhold ved en given energi at passere, så på denne måde kan man rense strålen for uønskede ioner.
Læs mere i Den Store Danske
Eksterne link
- ASTRID2-anlæggets side om ELISA (på engelsk).
- Lagerringen ASTRID og hendes lillesøster ELISA er en artikel på dansk skrevet for elever i 3.g.
Kommentarer
Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.
Du skal være logget ind for at kommentere.