Un enfriador de haz de cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ) es un dispositivo para el enfriamiento de haces de partículas , especialmente adecuado para haces de iones . Disminuye la temperatura de un haz de partículas al reducir su dispersión de energía y emitancia , aumentando efectivamente su brillo ( brillantez ). El mecanismo prevaleciente para el enfriamiento en este caso es el enfriamiento por gas amortiguador, por el cual el haz pierde energía debido a las colisiones con un gas ligero, neutro e inerte (típicamente helio ). El enfriamiento debe tener lugar dentro de un campo de confinamiento para contrarrestar la difusión térmica que resulta de las colisiones ion-átomo. [ cita requerida ]
El analizador de masas de cuadrupolo (un cuadrupolo de radiofrecuencia utilizado como filtro de masas) fue inventado por Wolfgang Paul a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960 en la Universidad de Bonn , Alemania. Paul compartió el Premio Nobel de Física de 1989 por su trabajo. Las muestras para el análisis de masas se ionizan, por ejemplo, mediante láser ( desorción/ionización láser asistida por matriz ) o descarga ( electrospray o plasma acoplado inductivamente ) y el haz resultante se envía a través de la RFQ y se "filtra" escaneando los parámetros operativos (principalmente el amplitud de radiofrecuencia). Esto da un espectro de masas, o huella dactilar, de la muestra. Los analizadores de gases residuales también utilizan este principio.
A pesar de su larga historia, las mediciones de masa de núcleos atómicos de alta precisión y alta sensibilidad continúan siendo áreas de investigación muy importantes para muchas ramas de la física . Estas mediciones no solo brindan una mejor comprensión de las estructuras nucleares y las fuerzas nucleares, sino que también ofrecen información sobre cómo se comporta la materia en algunos de los entornos más hostiles de la naturaleza. En instalaciones como ISOLDE en CERN y TRIUMFen Vancouver, por ejemplo, las técnicas de medición ahora se están extendiendo a los radionúcleos de vida corta que solo ocurren naturalmente en el interior de las estrellas en explosión. Sus vidas medias cortas y tasas de producción muy bajas, incluso en las instalaciones más poderosas, requieren la más alta sensibilidad de tales mediciones.
Las trampas Penning , el elemento central en las modernas instalaciones de medición de masa de alta precisión y alta sensibilidad, permiten mediciones con precisiones cercanas a 1 parte en 10^11 en iones individuales. Sin embargo, para lograr esto, las trampas Penning deben recibir el ion que se va a medir con mucha precisión y con la certeza de que es realmente el ion deseado. Esto impone requisitos severos al aparato que debe sacar el núcleo atómico del objetivo en el que se ha creado, separarlo de la miríada de otros iones que se emiten desde el objetivo y luego dirigirlo para que pueda ser capturado en el trampa de medida
Se ha demostrado que el enfriamiento de estos haces de iones, en particular los haces de iones radiactivos, mejora drásticamente la precisión y la sensibilidad de las mediciones de masa al reducir el espacio de fase de las colecciones de iones en cuestión. Usando un gas de fondo neutro ligero, típicamente helio, las partículas cargadas que se originan en los separadores de masa en línea experimentan una serie de colisiones suaves con las moléculas del gas de fondo, lo que resulta en pérdidas fraccionarias de la energía cinética de los iones y una reducción de la energía total del conjunto de iones. Sin embargo, para que esto sea efectivo, los iones deben estar contenidos mediante campos eléctricos de cuadrupolo de radiofrecuencia transversal (RFQ) durante el proceso de enfriamiento por colisión (también conocido como enfriamiento por gas tampón ). Estos enfriadores RFQ funcionan con los mismos principios quetrampas de iones de cuadrupolo y se ha demostrado que son particularmente adecuados para el enfriamiento del gas tampón dada su capacidad para el confinamiento total de iones que tienen una gran dispersión de velocidades, correspondientes a energías cinéticas de hasta decenas de electronvoltios. Ya se han instalado varios enfriadores RFQ en instalaciones de investigación de todo el mundo y a continuación se puede encontrar una lista de sus características.