Iyon Tuzağı Nasıl çalışır?

iyon tuzağının temel parçası, içinde iyonlara bir elektrik kuvvetinin etki ettiği elektrik yüklü metal bir kutudur Kutu, alt ve üstten çukur bakır kapaklarla kapatılmış, kendi de bakırdan bir halkadır Halka ve kapaklar, birbirlerine tam dokunmayacak biçimde yerleştirilmişlerdir; böylece, farklı gerilimlerde tutulabilirler Halkaya, bir artı( + ) elektrik gerilimi; kapaklara ise, bir eksi(—) elektrik gerilimi uygulayalım ve kutuya konulmuş artı( + ) yüklü bir iyonun nasıl davranacağını inceleyelim Artı gerilimdeki halka, iyonu, her doğrultudan, halka merkezine doğru iter ve iyonun yatay hareketini büyük ölçüde kısıtlar Acaba iyonun düşey hareketi nasıldır? Eksi gerilimdeki kapaklardan biri iyonu yukarı çekerken, öbürü aşağı doğru çeker; iyon, halkanın tam merkezindeyken, bu etkiler birbirini dengeler, iyon, başlangıçta merkezden uzakta ise, kapaklardan biri iyonu, öbürüne göre, çok az farkla da olsa, daha fazla çeker

Böylece iyon, merkezden yukarıya ya da aşağıya doğru gider; dolayısıyla, iyonun düşey konumu kararlı değildir Öyleyse, neden kapaklara da, iyona itici birer kuvvet uygulayacakları biçimde, halkanınki ile aynı artı gerilimi uygulamayalım? Bu, iç bölgesindeki bileşke elektrik alanının sıfır olduğu "Faraday kafesi"ne benzemektedir Tek farkı, Faraday kafesinde, yüzeyin her noktasının aynı gerilimde olmasına karşılık, iyon tuzağında, halka ve kapaklar farklı gerilimlerde tutulabilir Halkaya ve kapaklara uygulanan gerilimlerin işaretleri de kendi aralarında değiş tokuş edilebilir Bu durumda ise, iyonun hareketi düşey doğrultuda kısıtlanmış olur; yatay düzlemdeki hareketi ise, kararsızdır iyon tuzağında kararlı bir hareket elde edebilmek için, Penning'in 1936'dave Paul'ün 1958'de önerdikleri iki tür değişiklik yapılabilir

Penning'in önerisi, bir manyetik alandan yararlanmaktır Gerçekten, tuzak düzeneğini, bir mıknatısın oluşturduğu düşey bir manyetik alana yerleştirelim; kapaklara artı, halkaya ise, eksi birer elektrik gerilimi uygulayalım Önceki tartışmalarımızdan, iyonun düşey doğrultuda hareket edemeyeceğini biliyoruz Acaba, iyonun yatay düzlemdeki hareketi nasıldır? Manyetik alanın varlığı, iyonun yatay düzlemde kalmasını sağlar; çünkü iyonun, manyetik alanca belirlenen eksen etrafında daire biçiminde yörüngeler izlemesine neden olur Bu da, elektrik kuvvetlerinden gelen kararsızlığı dengeler Böylece, Penning tuzağı, iyonu, uzayın üç doğrultusunda da kapatma amacımızı gerçekleştirmiş olur Paul'ün önerisinde ise, yalnızca elektrik alanları kullanılır; yalnız bu kez, elektrik alanları, zamana bağlı olarak hızla değişirler Bu durumda, iyonun hareketi, sabit elektrik alanları durumundakine benzer olarak incelenecektir: Önce, halka artı gerilimdeyken, kapaklar eksi gerilimde olsun

Gerilimler, zamanın fonksiyonu olduğundan, başlangıçta merkezde bulunan iyon, merkezden uzaklaşmaya başlayacaktır; bir süre sonra da, halka ve kapak gerilimlerinin işaretleri değiş tokuş olunca, halka eksi ve kapaklar artı gerilime geçeceklerinden, iyon, kapakların itme etkisi ile merkeze gelerek, yatay doğrultuda uzaklaşmaya başlayacaktır Yine gerilimlerin işareti değişecek, hareket düşey doğrultuya geçecek ve böyle sürüp gidecektir Böylece de iyon, kutunun içindeki küçük bir bölgede hareket etmeye zorlanmış ya da tuzaklanamış olacaktır Paul'ün yöntemi, Penning'inkinden daha uygundur; çünkü tuzaklanmış iyonların durdurulmasına da izin verir Oysa, Paul'ün yöntemindeki daire biçimindeki hareket durdurulamaz

lyon tuzağı düzeneğinde yapılan bir deney, ardışık birçok işlemden oluşur Nötr magnezyum atomlarından oluşan ince bir atom demetinin, tuzağın halka ve kapağı arasındaki dar aralıktan gönderilmesiyle başlanır Atomlar, kutunun merkezine ulaşınca, alt kapakta açılmış bir delikten geçen bir elektron demetiyle bombardıman edildiklerinden, iyonlaşırlar Tuzakta, birkaç iyon tutulduktan sonra, atom demeti de, elektron demeti de durdurulur Sonra da, içerideki iyonlar, tuzağın halka ve kapakları arasındaki başka bir açıklıktan geçirilen bir laser demeti ile aydınlatılır Üst kapakta açılmış bir delikten de, çok geliştirilmiş bir görüntüleme tekniği ile, iyonların fotoğrah ya da ûlmi çekilebilir Yalnız, bu düzeneğin, çok iyi bir boşlukta (havası iyice boşaltılmış) bulunması gereklidir