Gas flow simulation of a gas cell of IGISOL

Abstract

In order to investigate the nuclear charge radii and electromagnetic moments of unstable nuclei in the refractory element region, the on line laser ion source has been developed as GARIS (Gas filled Recoil Isotope Separator)/IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On Line) facility in RIKEN cyclotron laboratory. A gas flow simulation of a gas cell of IGISOL was performed for an improvement of an on line laser ion source. The ion source was tested for the short lived Hf isotopes using the IGISOL gas cell with GARIS, then thermalized and neutralized in the gas cell filled with a buffer gas of He and Ar. The Hf atoms were selectively ionized by two color lasers, and extracted together with the gas flow through a nozzle. A yield of Hf isotopes was too small because a translation efficiency of the gas cell was very low. It seems that the low efficiency was caused by collisions of Hf particles with a wall of the gas cell and impurity molecules in the buffer gas. In order to estimate the efficiency of the gas cell and the purity of the buffer gas, the gas flow simulation was performed using the software FUJITSU/alpha-FLOW.

高融点元素領域の不安定核の電荷半径、および電磁モーメントを研究するために、オンライン・レーザ・イオンソースが、理研サイクロトロン研究所のGARIS(ガス充填型反跳核分離器)/IGISOL(イオンガイド型同位体分離器)設備として開発されている。オンライン・レーザ・イオンソースの改良のためにIGISOLのガスセルのガスフロー・シミュレーションを行なった。GARISを備えたIGISOLガスセルを使用して、イオンソースを短寿命ハフニウム・アイソトープに関してテストし、ヘリウムとアルゴンガスで満たされたガスセル中で熱中性子化し中和した。ハフニウム原子を、2色レーザによって選択的にイオン化し、ノズルを通してガスフローと一緒に抽出した。ガスセルの輸送効率が非常に低いため、ハフニウム同位体の収量少なかった。ハフニウム粒子のガスセルの壁との衝突、およびバッファガス中の不純分子によって効率が低くなったと考えられる。ガスセルの効率とバッファガスの純度を評価するために、FUJITSU/α-FLOWを使用して、ガスフロー・シミュレーションを実行した。