Academic literature on the topic 'Pièges à ions'

Le travail a eu pour but d'étudier l'efficacité de la photolyse du peroxyde d'hydrogène sur la dégradation de quelques composés organochlorés aliphatiques saturés (chiorométhanes et chloroéthanes) en milieu aqueux (pH 7,5). Les expériences ont été réalisées en réacteur statique, avec une Lampe basse pression à vapeur de mercure et avec des concentrations initiales en produit chloré de l'ordre de 10-6 mol l-1 et en H202 comprises entre 10-5 et 10-3 mol L-. Les résultats montrent que le système H202/UV peut oxyder les composés organochlorés étudiés à l'exception des composés ne possédant pas d'atome d'hydrogène (CCL4 et C2 CL6). Les rendements d'oxydation obtenus avec Le réacteur utilisé dépendent du temps de réaction, de la concentration initiale en H202, du flux photonique et peuvent être nettement diminués par la présence de pièges à radicaux (ions bicarbonates) dans le milieu réactionnel. Par ailleurs, une étude cinétique de la photolyse du peroxyde d'hydrogène en absence de matière organique est également présentée.

Les pièges radio-fréquences (rf) permettent de confiner des particules chargées (atomes ou molécules) dans un domaine restreint de l'espace. Alliés aux techniques de refroidissement laser, ils permettent l'étude et le contrôle de la matière au niveau atomique. Dans cette thèse sont présentés différents résultats obtenus au moyen de simulations numériques, utilisant la technique de la dynamique moléculaire. Cette thèse se compose de quatre parties. Une première partie rassemble les connaissances indispensables pour appréhender la dynamique des ions en pièges rf. La deuxième partie présente les résultats d'une étude sur l'influence du couplage coulombien sur le refroidissement laser Doppler d'un ensemble d'ions confinés en quadrupôle linéaire. La troisième partie s'intéresse aux propriétés des structures en anneau d'ions, obtenues à basse température au sein des multipôles linéaires d'ordres supérieurs au quadrupôle. Une dernière partie présente une proposition permettant l'obtention de sites supplémentaires où le champ rf s'annule dans les multipôles linéaires d'ordres supérieurs, offrant la possibilité d'obtenir des structures non soumises au forçage rf<br>Radio-frequency (rf) traps allows one to confine charged particles (atoms or molecules) in a small region of space. These traps, with laser cooling technics, allows one to study and to control matter at the atomic level.In this thesis are shown different results obtained by numerical simulations using molecular dynamics technics. This thesis is formed of four parts. A first part introduce the necessary knowledge to comprehend the ion dynamics in rf traps. The second part present the results from a study on the influence of coulomb coupling on the doppler cooling of trapped ions in a linear quadrupole rf trap. The third part is a study of the properties of ring structures of ions, obtained for low temperatures in linear higher order rf traps. A last part of the thesis is a proposal allowing one to obtain additional rf field-free regions in linear higher order rf traps

Après une introduction, je présente les principes du piégeage et du refroidissement laser des ions. Je décris ensuite le système expérimental en mettant l'accent sur les outils que j'ai développé lors de ma thèse. La suite du manuscrit porte sur la fabrication et la mise en œuvre de dispositifs de piégeage miniatures réalisés en déposant des électrodes métalliques sur la surface d'un substrat (micro-pièges à ions planaires). Je commence par présenter le calcul des champs électriques nous permettant de dessiner et de contrôler le fonctionnement de ces dispositifs. Ensuite je décris la mise en œuvre d'une première génération de pièges de Paul linéaires surfaciques qui a permis d'obtenir des structures ordonnées bidimensionnelles (cristaux de Coulomb) contenant plus de 150 ions Sr+ froids. Ces cristaux sont des candidats pour la simulation quantique de Hamiltoniens de spin 2D. Je décris ensuite le protocole de réalisation en salle blanche que nous avons développé pour fabriquer des dispositifs dont la miniaturisation est plus poussée (taille caractéristique de quelques dizaines de microns). Nous avons fait fonctionner ces dispositifs à l'état de l'art et ouvert des perspectives sur la compréhension du rôle de l'état des surfaces métalliques dans les processus de couplage entre le mouvement de l'ion et les fluctuations des champs électriques engendrés par les électrodes ("chauffage anormal")<br>After giving an introduction about the context, I show the basics of ions trapping and laser cooling. Afterwards, I describe the experimental setup highlighting the tools I developed and dealt with during my thesis. The other part of the manuscript is about the fabrication and the implementation of miniaturized trapping devices, realized by placing metal electrodes on top of a substrate (planar ion microtrap). I start with a presentation of the electric fields calculation, which allows us to design and control the proper operation of these devices. Then, I describe the implementation of a first generation of linear surface Paul traps, which allows us to obtain two-dimensional organized structures (Coulomb crystals), containing more than 150 Sr+ cooled ions. These crystals are good candidates for quantum simulation of 2D-spin Hamiltonians. Afterwards, I describe the clean room fabrication protocol we developed to create these devices, with a better and improved miniaturisation (with a typical size of a few tens of microns). We made these state-of-the-art devices work. We also open to new perspectives on the comprehension of the involvement of the metal surface state in coupling processes between the ion and the electric field fluctuations, caused by the electrodes (« anomalous heating »)

Le lien étroit existant entre la masse d'un noyau et son énergie de liaison fait de la masse un observable incontournable pour enrichir notre compréhension de l'évolution de la structure nucléaire dans des régions de la carte des noyaux éloignées de la vallée de la stabilité. Dans cette thèse deux régions présentant d'importants changements structurales sont étudiés à travers des mesures de masses de haute précision effectuées à ISOLDE/CERN avec le spectromètre ISOLTRAP. De nombreux résultats de spectroscopie nucléaire indiquent que la chaîne isotopique du chrome présente les changements structurales les plus importants dans toute la région de déformation nucléaire observée au sud du nickel 68. Cette thèse présente les premières mesures de haute précision des isotopes 58-63Cr grâce à des techniques de spectrométrie de masse de pointe faisant appel à l'utilisation d'un piège de Penning ainsi qu'à un spectromètre en temps de vol de type MRToF-MS. Les mesures ainsi obtenues sont jusqu'à 300 fois plus précises que celles disponibles dans la littérature actuelle. Au contraire des résultats précédents, ces nouvelles mesures suggèrent une évolution progressive de l'état fondamental des chromes vers la déformation aux abords de N=40. La question de la persistance de la fermeture de couche à N=28 dans la chaine de l'argon est aussi abordée dans le cadre de cette thèse de doctorat à travers la mesure des isotopes 46-48 de l'argon. Les résultats d'une précision améliorée confirment la présence d'une forte fermeture de couche à N=28 dans l'argon. Pour chaque jeu de données la procédure d'analyse est détaillée. L'implication pour la physique nucléaire des résultats expérimentaux obtenus sont discutés de manière phénoménologique ainsi qu'à travers des modèles représentant l'état de l'art de la recherche en physique nucléaire théorique<br>Due to their inherent relationship with the binding energy, nuclear masses are the fingerprint of all the interactions taking place within the nucleus. As such, precise and accurate mass values are an essential ingredient to the comprehensive understanding of nuclear phenomena in exotic regions of the chart of nuclides. In this thesis, two key regions exhibiting dramatic structural evolution are investigated by means of high precision mass measurements performed with the online mass spectrometer ISOLTRAP at ISOLDE/CERN. Numerous spectroscopy results indicate that the chromium isotopic chain exhibits the most dramatic structural changes within the region situated south of 68Ni. This thesis reports on the first high-precision mass measurements of the neutron-rich 58-63Cr isotopes using the well established Penning trap mass spectrometry technique as well as the MRToF-MS technique pioneered at ISOLTRAP in recent years. The obtained mass values are up to 300 times more precise than the ones currently available in the literature. At odds with previous results, the new mass values exclude a sudden onset of ground-state collectivity rather favouring a smooth transition towards deformation approaching N=40. The question of the persistence of the N=28 shell closure in the Argon chain is also studied in this PhD work through the measurement of the neutron-rich 46-48Ar isotopes. The results of improved precision confirm the presence of a strong N=28 shell closure in the Argon chain. For both datasets, the detailed data analysis procedure will be presented. The implication of the obtained mass values for nuclear structure will be discussed through a phenomenological discussion of the binding energy trend. The results will also be discussed in the light of state of the art nuclear models including results from the promising valence-space formulation of the ab-initio IM-SRG formalism

Les pièges à ions, utilisant des champs électriques radio-fréquences (rf), offrent la possibilité de confiner des ensembles d'ions dans un domaine restreint de l'espace où, au moyen de diverses techniques de refroidissement, leur température peut être réduite jusqu'à quelques dixièmes de millikelvin. Le but du travail présenté dans cette thèse est d'étudier de façon théorique certains aspects de la dynamique des ions piégés et soumis au refroidissement laser Doppler. Dans ce but, un programme numérique utilisant la technique de la dynamique moléculaire et des méthodes de parallélisation a été développé. Dans une première partie, cette thèse introduit les connaissances nécessaires à la compréhension de la dynamique des ions en piège rf et justifie les différents modèles utilisés lors des simulations. Dans une seconde partie, une étude de l'influence de la morphologie des structures d'ions à basse température sur l'efficacité du refroidissement Doppler est présentée, dans le cas particulier des pièges quadrupolaires linéaires. Puis, une étude des propriétés des structures d'ions soumises au refroidissement Doppler dans le cas général des multipôles d'ordres supérieurs est présentée. Le dernier chapitre du manuscrit est une proposition permettant d'obtenir des régions exemptes de champ rf supplémentaires dans les multipôles linéaires d'ordre supérieurs.

Les systèmes composés d'atomes et d'ions ultrafroids ont étés un sujet d'intérêt pour les physiciens atomiques et, plus récemment, pour la communauté des ions froids (simulation et calcul quantique avec des ions piégés). Ils sont considéré la possibilité d'utiliser un gaz d'atomes ultrafroids pour refroidir sympathiquement les ions car la modulation intrinsèque du mouvement, le micromouvement, représente une source de décohérence dans les applications des ions froids. L'intérêt envers ce système mixte est aussi motivé par l'étude de la physique d'impuretés et par une meilleure compréhension des réactions entre espèces ioniques et neutre ayant pour but la création d'ions moléculaires. Cette thèse a pour objectif d'étudier les effets du micromouvement dans les collisions atome-ion. Nous traitons au préalable les collisions à 1D d'une particule dans un piège harmonique (un ion) et d'un particule libre (une atome) en utilisant différentes approches numériques. Ce système est intéressant en soi en raison de la dimensionnalité mixte 0D-1D. Le potentiel atome-ion est modélisé par une interaction à portée nulle tout au cours de ce travail. Par la suite, nous traitons un problème similaire mais dans le cas d'une particule dans un piège harmonique décrivant un piège de Paul. Enfin, nous généralisons l'étude du micromouvement à un système modèle 3D avec un ion dans un piège de Paul sphérique 3D et un atome lourd au centre du piège. Nous discutons de l'influence du micromouvement en vue d'applications potentielles de ce système telle que la porte logique de phase<br>Ultracold atom-ion systems have been a topic of interest for atomic physicists studying chemical reactions and since recently, the cold ion community (ion trap quantum computation and simulation). They have been looking at the possibility of using an ultracold atom gas to sympathetically cool ions since intrinsic motional modulation i.e micromotion is an inherent cause of decoherence in coherent applications of cold ions. Interest is also piqued by the possibility of using this hybrid system for studying impurity physics and to better understand ion-neutral reactions aimed at creation of molecular ions. In this thesis, we aim to study the effect of ion micromotion in atom-ion collision. As a prelude, we treat the 1D collision of a particle in a harmonic trap (ion) and a free particle (atom) using different numerical schemes. This system is of interest in its own right due to the mixed 0D-1D dimensionality. Atom-ion potential is simplified to a zero range potential all through out the work. Next we deal with a similar problem but with the trapped particle in a time dependent harmonic trap identical to an ion Paul trap. Finally we extend the study of micromotion to a model system in 3D with an ion in a 3D spherical Paul trap and a heavy atom at the trap centre. We discuss the effect micromotion has on potential applications of such a system, like a quantum phase gate

Cette thèse s'inscrit dans le domaine général de l'information quantique, qui cherche à tirer parti des lois de la mécanique quantique pour proposer des protocoles de traitement de l'information originaux. Ce travail se focalise sur l'un des systèmes les plus prometteurs en terme d'information quantique : les ions uniques confinés dans des pièges radio-fréquence et refroidis par laser. Une étude théorique a permis de proposer un protocole original d'échange d'état intriqués sur de longues distances, utilisant des ions piégés. L'étude de la miniaturisation des dispositifs de piégeage, permettant d'envisager la construction de futurs ordinateurs quantiques, passe par la compréhension de l'effet des défauts des électrodes sur un ion piégé : cette thèse propose un modèle analytique original permettant de calculer la loi d'échelle de l'effet des bruits électriques avec la taille du piège. Ce modèle servira à optimiser le protocole de fabrication de pièges miniatures, dont les premiers échantillons ont été réalisés et sont en cours de test sur un dispositif expérimental dédié (enceinte à vide, électronique de contrôle et sources laser de refroidissement). Les premiers résultats prometteurs ont permis de démontrer le piégeage et le refroidissement d'ion uniques de Strontium refroidis par laser, dans un piège de Paul linéaire macroscopique.

Des atomes 87Rb ont été refroidis et piégés pour servir de cibles lors d'études de collisions avec des projectiles Na+ à 2 et 5 keV. La physique étudiée concerne le processus d'échange de charge. L'électron actif, qui est généralement l'électron le plus périphérique de l'atome cible, transite depuis la cible vers le projectile ionique. La cible ionisée s'appelle ion de recul. La technique utilisée pour appréhender cette physique est la technique MOTRIMS, qui associe un piège magnéto – optique et un spectromètre d'impulsion d'ions de recul. Le spectromètre sert à mesurer l'impulsion des ions de recul qui contient toute l'information de la collision : le Q de réaction (qui est la différence d'énergie potentielle de l'électron actif sur chacun de ses hôtes) et l'angle de diffusion du projectile. Le piège fournit des cibles extrêmement froides afin d'optimiser la mesure de l'impulsion et d'affranchir cette dernière de l'agitation thermique. Au travers d'expériences cinématiquement complètes, la technique MOTRIMS donne accès à de meilleures résolutions sur les mesures d'impulsion. Des mesures de sections efficaces différentielles en états initiaux et finaux de capture et en angle de diffusion ont été réalisées. Les résultats obtenus pour les sections efficaces différentielles en états initiaux et finaux sont globalement en accord avec la théorie et une autre expérience. Néanmoins, des désaccords avec la théorie et cette autre expérience apparaissent pour les mesures de sections efficaces doublement différentielles. Ces désaccords ne sont pas encore compris. La particularité du dispositif expérimental conçu et testé au cours de ce travail, à savoir un faible bruit de fond, permet une grande sensibilité aux canaux de capture faiblement empruntés et apporte ainsi une plus-value technique et scientifique par rapport aux travaux antérieurs<br>87Rb atoms have been cooled, trapped and prepared as targets for collision studies with 2 and 5 keV Na+ projectiles. The physics studied deals with charge exchange processes. The active electron, which is generally the most peripheral electron of the atomic target, is transferred from the target onto the ionic projectile. The ionized target is called recoil ion. The technique used to study this physics is the MOTRIMS technique, which combines a magneto optical trap and a recoil ion momentum spectrometer. The spectrometer is used for the measurement of the recoil ions momentum, which gives access to all the information of the collision: the Q-value (which is the potential energy difference of the active electron on each particle) and the scattering angle of the projectile. The trap provides extremely cold targets to optimize the measurement of the momentum, and to release the latter from thermal motion. Through cinematically complete experiments, the MOTRIMS technique gives access to better resolutions on momentum measurements. Measurements of differential cross sections in initial and final capture states and in scattering angle have been done. Results obtained for differential cross sections in initial and final states show globally a good agreement with theory and an other experiment. Nevertheless, discrepancies with theory and this other experiment are shown for the measurements of doubly differential cross sections. These discrepancies are not understood yet. The particularity of the experimental setup designed and tested in this work, namely a low background noise, allows a great sensitivity to weak capture channels, and brings a technical and scientific gain compared with previous works

L'influence de β-cyclodextrines (β-CDs) sur la détection du radical anion superoxyde (O2. -̃) responsable de pathologies liées au stress oxydatif a été étudiée par la technique du piégeage de SPIN couplé à la RPE. Des nitrones de type PBN et EMPO ont été préparées. Les adduits superoxyde sont complexés par la DM-β-CD et la RM-β-CD et montrent des constantes d'association supérieures à celles des équilibres nitrone-CD. Les adduits les plus stables donnent les nitroxydes résistant le mieux à la bioréduction. Un nitroxyde de type TIPNO-TM-β-CD a ensuite été préparé (236CDTIPNO) et s'auto-associe dans l'eau entre formes faiblement et fortement complexées avec une barrière de 30 kJ. Mol-1. La PBN a ensuite été liée de façon covalente à la TM-β-CD (236CDPBN) et la DM-β-CD (26CDPBN), et la DEPMPO liée à la TM-β-CD (236CDDEP). L'auto-inclusion des nitrones dans l'eau, le piégeage radicalaire et la résistance à la bioréduction des adduits du superoxyde ont été évalués.

L’objectif de cette thèse est le développement et la caractérisation du double piège de Penning PIPERADE (PIèges de PEnning pour les RAdionucléides à DESIR) au LP2i Bordeaux, ainsi que la réalisation de mesures de masses dans la région de N=40 à l’Université de Jyväskylä,en Finlande. La spectrométrie de masse à l’aide de pièges de Penning permet de mesurer les masses des noyaux atomiques avec une très grande précision. Les énergies de liaison nucléaire, déduites de ces masses atomiques, sont essentielles pour étudier la structure des noyaux exotiques et pour contraindre les modèles de physique nucléaire. PIPERADE est dédié aux mesures de masse de précision et à la sélection d’ions exotiques d’intérêt pour l’installation de recherche DESIR (Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs) du laboratoire GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds). Ce travail présente la mise en œuvre des différentes techniques de purification et de mesure de masse ainsi que l’installation d’un nouveau détecteur sensible en position basé sur des galettes à microcanaux et avec trois couches de lignes à retard. La première technique étudiée est la purification par refroidissement avec gaz tampon ("Buffer Gas Cooling", BGC), suivie de la méthode "Time-Of-Flight Ion Cyclotron Resonance" (ToF-ICR), appliquée pour la première fois avec PIPERADE en novembre 2021. L’optimisation de ces deux techniques a ensuite été poursuivie parallèlement à la mise en place d’une nouvelle méthode, la "Phase-Imaging Ion Cyclotron Resonance" (PI-ICR).Cette méthode a été appliquée avec succès pour la première fois sur PIPERADE en septembre 2023, suivie d’une optimisation continue des trois techniques. Ce travail présente également les premières mesures de masse utilisant les techniques ToF-ICR et PI-ICR sur PIPERADE. Dans la seconde partie de cette thèse, des mesures de masses de noyaux riches en neutrons ont été effectuées avec le piège de Penning JYFLTRAP, sur l’installation IGISOL. Les masses des états fondamentaux et isomériques des isotopes du cobalt 68Co à 70Co, ont été mesurées,soit pour la première fois pour les états isomériques des 68Co et 70Co, soit avec une précision grandement améliorée pour les autres. La masse de l’état fondamental du 79Ge ainsi que celle du 73Ni ont également été mesurées. L’analyse des résultats a permis de comparer les nouvelles valeurs de masses aux prédictions des modèles théoriques tels que le Large Scale Shell Model(LSSM) et le Discrete Nonorthogonal Shell Model (DNO-SM). Ces résultats ont un impact direct sur la compréhension du gap N=40 et de la région de l’îlot d’inversion<br>The objective of this thesis focuses on the development and characterization of the PIPERADE double Penning trap (PIèges de PEnning pour les RAdionucléides à DESIR) at LP2i Bordeaux, as well as on mass measurements in the N=40 region conducted at the University of Jyväskylä, Finland. Mass spectrometry with Penning traps allows for the precise measurement of atomic nuclei masses. Nuclear binding energies, derived from atomic masses, are crucial for studying the structure of exotic nuclei and constraining nuclear physics models. PIPERADE is dedicated to precision mass measurements and the selection of exotic ions of interest within the DESIR (Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs) research facility at GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds). This work presents the implementation of various purification and mass measurement techniques as well as the implementation of a new position-sensitive detector using microchannel plates and with three-layerdelay-lines. The first technique explored is purification by Buffer Gas Cooling (BGC), followed by the "Time-of-Flight Ion Cyclotron Resonance" (ToF-ICR), applied for the first time with PIPERADE in November 2021. The optimization of these two techniques was subsequently pursued in parallel with the implementation of a new method, the "Phase-Imaging Ion CyclotronResonance" (PI-ICR). This method was successfully applied for the first time on PIPERADE in September 2023. This work also presents the first mass measurements using the ToF-ICR andPI-ICR techniques on PIPERADE. In the second part of the thesis, mass measurements of neutron-rich nuclei were performed using the JYFLTRAP Penning trap, at the IGISOL facility. The masses of both ground and isomeric states of the isotopes of cobalt 68Co to 70Co, were measured, either for the first time for the isomeric states of 68Co and 70Co or with greatly improved precision for the others. The masses of the ground states of 79Ge and 73Ni were also measured. The analysis of the results allowed for comparison with theoretical models such as the Large Scale Shell Model (LSSM)and the Discrete Nonorthogonal Shell Model (DNO-SM). The results have a direct impact on understanding the N=40 gap and the region of the island of inversion

Des atomes 87Rb ont été refroidis et piégés pour servir de cibles lors d'études de collisions avec des projectiles Na+ à 2 et 5 keV. La physique étudiée concerne le processus d'échange de charge. L'électron actif, qui est généralement l'électron le plus périphérique de l'atome cible, transite depuis la cible vers le projectile ionique. La cible ionisée s'appelle ion de recul. La technique utilisée pour appréhender cette physique est la technique MOTRIMS, qui associe un piège magnéto – optique et un spectromètre d'impulsion d'ions de recul. Le spectromètre sert à mesurer l'impulsion des ions de recul qui contient toute l'information de la collision : le Q de réaction (qui est la différence d'énergie potentielle de l'électron actif sur chacun de ses hôtes) et l'angle de diffusion du projectile. Le piège fournit des cibles extrêmement froides afin d'optimiser la mesure de l'impulsion et d'affranchir cette dernière de l'agitation thermique. Au travers d'expériences cinématiquement complètes, la technique MOTRIMS donne accès à de meilleures résolutions sur les mesures d'impulsion. Des mesures de sections efficaces différentielles en états initiaux et finaux de capture et en angle de diffusion ont été réalisées. Les résultats obtenus pour les sections efficaces différentielles en états initiaux et finaux sont globalement en accord avec la théorie et une autre expérience. Néanmoins, des désaccords avec la théorie et cette autre expérience apparaissent pour les mesures de sections efficaces doublement différentielles. Ces désaccords ne sont pas encore compris. La particularité du dispositif expérimental conçu et testé au cours de ce travail, à savoir un faible bruit de fond, permet une grande sensibilité aux canaux de capture faiblement empruntés et apporte ainsi une plus-value technique et scientifique par rapport aux travaux antérieurs.