Effects of the ion beam energy on atomic lifetime measurements using the techniques of beam-foil spectroscopy

Abstract

In a previous study, possible inherent problems were discussed with atomic life time measurements using the beam foil technique. As an example, it was chosen to study the decay of ls(sup 2)2s(sup 2)((sup 2)S(sub 1/2))-1s(sup 2)2p((sup 2)P(sub 1/2, 3/2)) Li-like transitions. The satellite line contamination will then come from Be-like lines of the form ls(sup 2)2snl-1s(sup 2)2pnl. The way to minimize the effect of these satellites is to choose the beam energy so as to minimize the Be-like charge state fraction of the ion beam while maintaining a usable Li-like beam fraction. In a recent study of the ls(sup 2)2p((sup 2)P) levels in Li-like Mg this model was studied by choosing suitable beam energies. Beams of Mg ions were obtained from the RILAC (RIKEN Linear Accelerator) at the energies of 0.4, 1.3 and 2.5 MeV/u. From experimental results the charge state fractions for Li- and Be-like ions have been calculated at these energies. At the highest energy used the satellite contamination should be very small and almost no contamination of the Li-like resonance line would be expected. On the other hand for the 0.4 MeV/u ions a large satellite contamination would be expected, and hence decay curves measured at this energy will be inconsistent with theoretical predictions for the ls(sup 2)2p((sup 2)P) level lifetimes. It was found that the decay curves of the 2p((sup 2)P(sub 3/2)) level for the different beam energies differ. The date recorded at 0.4 MeV/u decaying faster than that at the higher energies. This would appear to confirm the satellite contamination model as discussed above.

前報において、ビームフォイル分光法を用いた原子の寿命測定に関して生じ得る問題について議論した。例として、1s(sup 2)2s(sup 2)((sup 2)S(sub 1/2))-1s(sup 2)2p((sup 2)P(sub 1/2, 3/2))のLi型遷移の減衰を研究した。衛星線の混成はls(sup 2)2snl-1s(sup 2)2pnlのBe型の線に起因する。これらの衛星線の効果を最小にする方法は、Li型ビームの成分を一定に保ったままでBe型電荷状態の成分を最小にするようにビームのエネルギーを制御することである。Li型Mgのls(sup 2)2p((sup 2)P)準位に関する最近の研究において、適当なエネルギーを選ぶことによって上記のモデルを研究した。この研究において、0.4、1.3および2.5MeV/uのエネルギーを有するMgイオンはRILAC(理研線形加速器)から得られた。実験結果から、これらのエネルギー値におけるLiおよびBe型イオンに関する電荷状態の成分を計算した。エネルギーが2.5MeV/uのビームにおける衛星線の混成は非常に小さく、Li型共鳴線の混成はほとんど無いと考えられる。一方、エネルギーが0.4MeV/uのビームについては衛星線の混成が大きく、このビームを用いて測定した減衰曲線はls(sup 2)2p((sup 2)P)準位に関する理論的予測と一致しない。異なるビームを用いて測定した2p((sup 2)P(sub 3/2))準位の減衰曲線は異なることが実験的に判明した。0.4MeV/uのビームを用いて測定した減衰曲線は他の高エネルギービームによる結果よりも速い減衰を示す。このことはこれまでのモデルの妥当性を示唆している。