정전계 저장 고리와 정전계 이온빔 트랩의 물리학(Physics with electrostatic rings and traps)

전문가 제언

□ 1980년대와 1990년대 초기에 이온을 저장할 수 있는 다른 저장 형태가 개발되었는데 바로 중이온 저장 고리이다. 지난 10년 동안 클러스터(cluster)와 바이오 분자 같은 입자들의 빠른 빔을 저장하려는 노력들이 정전기적인 저장 고리와 이온빔 구조의 발달을 가져왔다. 정전기적인 장치에는 일반적으로 빔의 주사를 위한 고에너지 가속기, 에너지 만곡(energy ramping) 기술이 필요하지 않다. 정전기적인 빔 저장 장치의 장점은 저장된 분자의 중량에 제한이 없고 새로운 클러스터, 생체 물리학 같은 연구 영역을 열었다.

□ 정전기적인 저장 고리(ELISA)는 원칙적으로 전하를 띤 입자들이 정전기적인 유도 요소에 의해 집중된다. 가속 후 m/z 분석(m: 질량, z: 이온의 전하 상태)은 1,650amu까지 22keV에서 단독으로 전하를 띤 이온들을 편향시킬 수 있는 1.5m 반경의 90℃로 구부러진 자석에 의해 수행된다. 이온들은 μs 지속 시간을 가진 다발 형태로, 고리로 향한다. 최근 전자스프레이 이온화(ESI) 기술이 KEk 고리뿐만 아니라 ELISA에도 적용되어 분자, 클러스터, 생체 분자의 이온 제조에 사용되었다.

□ 생물 물리학-생체 분자들에 마주치게 되는 섭동(perturbation), 예로 광활성 생체 분자들의 흡수 성질에 영향을 끼칠 수 있다. 이러한 연구 방향은 두 영역으로 나눌 수 있는데 첫째는 기체상 발색단들의 광물리학, 두번째는 자유전자들을 가진 충돌 물리학 영역이다. 정전기적인 저장 고리 ELISA의 최근의 실험에서 GFP 같은 단백질과 W7라는 GFP 돌연변이체와 붉은 형광성의 단백질DsRed들의 발색단이온(양성자를 얻게 된/양성자를 잃게 된)의 기체상 흡수 분광학이 언급되었다. 연구의 기본적인 아이디어는 단백질 동공(holl)들과 액체 같은 다른 매체에서 발색단의 전자구조 상에 섭동들을 모니터하기 위한 방법으로 전자 여기 에너지(파장에 관한 흡수)를 사용하는 것이다．

□ 분리 동력학-RNA와 DNA의 아데노신 AMP5-monophosphate 뉴클레오티드의 ELISA에서 탈 양성자화된 AMP(보통의 pH의 자연 형태)는 천천히 붕괴되는데 반하여 양성자를 내는 AMP 분자들은 빠른 붕괴 조성비를 갖는 것이 결핍 기술에 의해 발견되었다. 따라서 생물학적 관련(양성자가 제거된 형태)의 AMP 형태는 UV 복사 노출에 살아남는 능력을 가진다．

□ 정전기적 이온빔 구조(EIBT)의 기본 개념은 기존의 광학 유추법에 기반을 둔다. 안정성이 충족된 조건에서 2개의 거울 사이의 광자 빔을 저장 가능한 것이다. EBIT 시스템에서 입자, 입자 다발의 투입은 전하 당 수keV의 운동 에너지와 하나의 거울에 전압을 낮춤으로써 수행된다. 그리고 다발 구조에서 위치하면 전압을 포획하고 이온 수는 2개의 거울사이에 위치한 고리 전극을 사용하여 측정할 수 있다. 저장된 빔의 수명에 영향을 미치는 2가지 요소는 중성화와 다중 분산 과정이다.

□ 정전기적인 구조의 안정한 음이온들의 수명은 이온빔 구조로 쉽게 측정된다. 중성 분자가 붕괴될 때 중성의 입자 구조로 나가게 되고 절반이 MCP 검출기에 의해서 측정된다. 고유 수명이 빔 수명보다 작은 디텍터에 의해 측정된 붕괴 비율은 이온의 고유 수명과 직접적으로 관계가 설명된다. He-와 Be-의 측정은 이온빔 구조로 측정되고 ELISA와 EIBT 사이의 값의 차이는 EIBT에서 측정된 수명 시간이 ELISA보다 작다는 것을 보여준다. 이것은 이온 구조에서 초기 불안정 상태가 존재한다.

□ 전자 충격 실험-분자이온의 전자 상호작용은 실험이나 천체 물리학의 플라스마 같은 환경에서 발생한다. 실험 수행에 저장 장치를 사용하는 2가지 장점이 대부분의 분자이온을 낮은 진동의 기저 상태로 냉각시킬 수 있고 밀집 시스템의 중앙에서 낮은 에너지 충돌 동안에 합쳐진 전자-이온 빔 구성은 높은 해상도로 낮은 에너지에 접근이 가능하게 할 수 있는 점이다. EIBT에서 사용 가능하지만 전자빔을 발생하는 것은 기술적으로 어렵고 낮은 에너지 전자(<1eV)가 요구된다. 정전기적 전자를 목표로 EIBT는 최근 Weizmann 연구소에서 만들어졌다. 이런 실험들은 EIBT의 장점을 보여준다.

저자

Andersen, LH; Heber, O; Zajfman, D

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

전기·전자

연도

2004

권(호)

37(11)

잡지명

JOURNAL OF PHYSICS B-ATOMIC MOLECULAR AND OPTICAL PHYSICS

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

57~88

분석자

임*생

분석물

• 정전계 저장 고리와 정전계 이온빔 트랩의 물리학.pdf [234,034 byte]

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