Návrh vysokovakuové aparatury pro materiálový výzkum za použití beta-NMR v CERN ISOLDE

Abstract

Tato diplomová práce představuje návrh a realizaci vlastního systému pro ultra vysoké vakuum (UHV) určeného pro -NMR měření vzorků pevných baterií na zařízení ISOLDE v CERNu. Práce se zaměřuje na klíčová omezení předchozího experimentálního uspořádání, včetně nedostatečné mechanické stability, pomalé výměny vzorků a špatného tepelného kontaktu. Nově vyvinutý systém umožňuje rychlou a kontaminaceprostou manipulaci se vzorky v UHV prostředí, podporuje ohřev i chlazení vzorků v širokém rozsahu teplot a je integrován s magnetickým polem s vysokou homogenitou a RF excitačními cívkami. Pro ověření návrhu byly provedeny strukturální, tepelné a elektromagnetické simulace. Konečné uspořádání zlepšuje přesnost měření, snižuje prostoje na svazkové lince a zvyšuje vědecký přínos -NMR experimentů zaměřených na iontovou difuzi a rozhraní v pokročilých bateriových materiálech.

This thesis presents the design and implementation of a custom ultra-high vacuum (UHV) system for -NMR measurements of solid-state battery samples at the ISOLDE facility at CERN. The work addresses critical limitations of the previous experimental setup, including insufficient mechanical stability, slow sample exchange, and poor thermal contact. The newly developed system enables fast, contamination-free sample manipulation under UHV, supports both heating and cooling of samples across a wide temperature range, and integrates with a high-homogeneity magnetic field and RF excitation coils. Structural, thermal, and electromagnetic simulations were performed to validate the design. The final setup improves measurement precision, reduces beamline downtime, and enhances the scientific output of -NMR experiments targeting ionic diffusion and interfacial processes in advanced battery materials.