Beam foil spectroscopy of highly charged erbium

Abstract

Using the techniques of beam foil spectroscopy at the RILAC (RIKEN Linear Accelerator) a study of highly charged very heavy ions have been initiated for the interest in the fusion plasma diagnostics. The beam foil spectra of 1.5 MeV/u Er (Z = 68) were taken at two different foil positions. The spectrum taken at the foil position that is very close to the spectrometer entrance slit showed a multitude of lines and it is almost impossible task to identify any single feature. However, as a time delay is introduced between the foil excitation and the observation window, a group of quite well resolved lines became apparent. Closer study shows one of these lines in fairly good wavelength agreement with a calculation of the Zn-like intercombination line (4s(sup 2)((sup 1)S(sub 0)-4s4p((sup 3)P(sub 1))) by Beimont. Subsequently, decay curves for this group of lines were measured by recording light intensity as a function of foil position. In particular, the intensity decay of the line corresponding to the calculated wavelength of the 4s4p((sup 3)P(sub 1)) level decay was analyzed. A decay curve was constructed from which a lifetime for the 4s4p(sup 3)P(sub l)) level was obtained. A decay time of around 1 ns was found for this line. As shown in the previous reports, measured decay time is shortened compared to theoretical counterparts due to the satellite contamination. In the present experiment, satellite contamination is quite large, and therefore the observed decay time should be shorter than the true level lifetime.

RILAC(理研線形加速器)におけるビームフォイル分光法を用いた高荷電状態の非常に重いイオンの研究を、融合プラズマ診断に対する関心のために始めた。2個の異なる位置に設置したフォイルを用いて、1.5MeV/uのエネルギーを持つエルビウム(Z=68)のビームフォイルスペクトルを得た。スペクトロメータの入り口スリットに近いところにフォイルが位置するときのスペクトルでは、多重のスペクトル線が現れ、どれも単一の特徴を識別することができない。しかし、時間遅延をフォイルの励起と観測窓の間に導入すると、きわめて良く解像されたスペクトル線が顕著に現れる。詳細に調べると、これらのスペクトル線の1つはBeimontによって計算されたZn型異重項間遷移(4s(sup 2)((sup 1)S(sub 0)-4s4p((sup 3)P(sub 1))の波長とよく一致することが分かった。フォイルの位置の関数として光の強度を求めることによってこれらのスペクトル線の減衰曲線を測定した。特に、4s4p((sup 3)P(sub 1))準位減衰の計算した波長に対応するスペクトル線の強度減衰を解析した。その減衰曲線から4s4p((sup 3)P(sub 1))準位の寿命を求めることができた。この発光線の減衰時間は1ナノ秒程度であった。以前の報告で示したように、測定した減衰時間は、衛星線の混成により理論値より短くなる。ここで行った実験では、衛星線の混成が極めて大きく、測定した減衰時間は真の準位寿命より短いであろう。