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Construction of a multi-anode ionization chamber for AMS at VERA
Josef Buchriegler
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Robin Golser
DOI
10.25365/thesis.25819
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30486.65213.356559-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
AMS (Accelerator Mass Spectrometry) is a technique to measure long-lived radionuclides with an extreme abundance sensitivity (e.g. C-14/C-12 ~ 1x10^-15). At the very end of the detection beamline, a high-resolution detector providing multiple energy loss signals, can obtain sufficient information for final identification of the individual ions at energies around 1 MeV/amu. The availability of thin, amorphous and homogeneous silicon nitride foils, used as entrance window, triggered a revival of ionization chambers. The energy resolution at low energies is no longer limited by additional energy loss straggling in the window.
Based on detailed investigations of recent experimental data for isobar separation of Cl-36 from S-36 and results of simulations, a new state-of-the-art gas ionization chamber comprising multiple anodes was designed and built at VERA (Vienna Environmental Research Accelerator).
The flexible, easy-to-modify design of the new chamber allowed to explore the influence of different geometrical parameters on the total energy resolution. One important outcome is that the gas contribution to the energy resolution is smaller than expected by previous evaluations (140 keV vs. 170 keV with 24 MeV chlorine/sulfur ions).
Measurement series with a variety of isotopes were performed to get information on the performance of the detector under realistic conditions. For the chlorine/sulfur isobars at 24 MeV an absolute energy resolution of 157 keV (0.66% relative resolution) could be reached. For beryllium/boron the resolution was 0.86% for 7.2 MeV ions. This is a significant improvement compared to the previously used compact ionization chamber (1.0% with 7.2 MeV Be/B and 0.86% with 24 MeV Cl/S).
In combination with the time-of-flight system at VERA, one configuration of the detector having a large entrance window improves the detection capabilities for measurements of heavy ions, e.g. U-236 at low energies.
Abstract
(Englisch)
AMS (Beschleuniger-Massenspektrometrie für engl. "Accelerator Mass Spectrometry") ist eine Technik zum Nachweis von langlebigen Radionukliden mit sehr hoher Nachweisempfindlichkeit (z.B. C-14/C-12 ~ 1x10^-15). Ein Detektor mit hoher Energieauflösung und mehreren Energieverlustsignalen erlaubt die Identifizierung von Isotopen bzw. die Unterscheidung von Isobaren am Ende des Strahlenwegs einer Beschleunigeranlage bei Energien im Bereich von 1 MeV/amu. Durch die Verfügbarkeit dünner, amorpher und sehr homogener Siliziumnitrid-Folien, die als Eintrittsfenster zum Einsatz kommen, wurde die Entwicklung von Ionisationskammern neu belebt. Die hohe Energieauflösung bei niedrigen Energien wird nicht länger durch die zusätzliche Energieverschmierung im Eintrittsfenster eingeschränkt.
Ausgehend von Untersuchungen an neuen experimentellen Daten für die Trennung von Cl-36 von S-36 und Ergebnissen aus Simulationen, wurde bei VERA (Vienna Environmental Research Accelerator) eine moderne, aus mehreren Anoden bestehende Ionisationskammer nach Stand der Technik entworfen und gebaut.
Der flexible und leicht veränderbare Aufbau der neuen Kammer ermöglicht die Untersuchung des Einflusses verschiedener geometrischer Parmeter auf die Gesamtenergieauflösung. Ein wichtiges Ergebnis ist ein geringerer Gasbeitrag zur Energieauflösung als aufgrund früherer Auswertungen erwartet wurde (140 keV vs. 170 keV mit 24 MeV Chlor-/Schwefelionen).
Messserien mit unterschiedlichen Isotopen wurden durchgeführt, um Informationen über die Leistungsfähigkeit des Detektors unter realistischen Messbedingungen zu erhalten. Für Chlor-/Schwefel Isobare mit 24 MeV konnte eine absolute Energieauflösung von 157 keV (0.66% relative Auflösung) erreicht werden. Für Beryllium-/Borionen mit 7.2 MeV wurde eine Auflösung von 0.86% erzielt. Im Vergleich zur früher verwendeten Kompakt-Ionisationskammer ist das eine signifikante Verbesserung (1.0% mit 7.2 MeV Be/B und 0.86% mit 24 MeV Cl/S).
In Kombination mit dem Time-of-Flight System bei VERA konnten die Detektionsmöglichkeiten für schwere Ionen (z.B. U-236 bei niedrigen Energien) durch das Verwenden eines großen Eintrittsfensters verbessert werden.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
AMS accelerator mass spectrometry VERA Vienna environmental research accelerator gas ionization chamber particle detector ions in matter multi-anode Frisch grid gas handling system energy resolution isotope identification isobar separation isobar suppression SRIM
Schlagwörter
(Deutsch)
AMS Beschleuniger-Massenspektrometrie VERA Gas Ionisationskammer Teilchendetektor Ionen in Materie Vielanoden-Design Frisch Gitter Gas Handling System Energieauflösung Isotopen-Identifizierung Isobarentrennung Isobarenunterdrückung SRIM
Autor*innen
Josef Buchriegler
Haupttitel (Englisch)
Construction of a multi-anode ionization chamber for AMS at VERA
Paralleltitel (Deutsch)
Aufbau einer Vielanoden-Ionisationskammer für AMS bei VERA
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
95 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Robin Golser
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften ,
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,
33 Physik > 33.30 Atomphysik, Molekülphysik ,
33 Physik > 33.40 Kernphysik ,
33 Physik > 33.43 Radioaktivität ,
50 Technik allgemein > 50.21 Messtechnik ,
54 Informatik > 54.39 Systemarchitektur: Sonstiges ,
54 Informatik > 54.76 Computersimulation
AC Nummer
AC11129734
Utheses ID
23058
Studienkennzahl
UA | 411 | | |