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Development and characterization of the lon laser interaction setup (ILIAS)
Tobias Moreau
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Robin Golser
DOI
10.25365/thesis.42537
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20202.83876.986077-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Empfindlichkeit der Messung von Spurenisotopen mittels Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) ist in vielen Fällen beschränkt durch vorhandene stabile Isobare. Diese können oftmals nicht mit etablierten Methoden abgetrennt bzw. vom untersuchten Isotop unterschieden werden. Aus diesem Grund ist es gegenwärtig noch nicht möglich, die für AMS charakteristischen Isotopenverhältnisse von 10^-12 bis 10^-16 für viele potentiell interessante Spurenistope zu erreichen.
Am Vienna Environmental Research Accelerator (VERA), einer AMS-Anlage der Universität Wien, wird derzeit eine Methode zur Isobarenunterdrückung mittels Laser-Photodetachment entwickelt. Diese nutzt Unterschiede in der Elektronenaffinität von Spurenisotop und Isobar, um die negativen Ionen des Isobars mit einem Laser elementselektiv zu neutralisieren. Dazu wird der Ionenstrahl in einem mit Puffergas gefüllten Radiofrequenz-Quadrupol-Ionenkühler temporär auf Energien in der Größenordnung von 0.1 eV gebremst, um die Laser-Ionen-Wechselwirkungszeit zu verlängern und somit den störenden Isobarenanteil des Strahls um viele Größenordnungen unterdrücken zu können.
Für Forschungs- und Entwicklungszwecke wurde ein Testaufbau namens ILIAS (Ion Laser InterAction Setup) errichtet. Auf lange Sicht soll das System in die Niederenergieseite von VERA integriert werden, um bestehende Nachweisgrenzen bei der Messung von Spurenisotopen zu verbessern.
Die vorliegende Arbeit hatte primär zum Ziel, den Testaufbau in seine letztendliche Form zu bringen und mit Testisotopen zu charakterisieren. Es gelang dabei die Transmission durch den Ionenkühler auf über 60% zu verbessern. In Testexperimenten konnte auch eine Unterdrückung eines 63Cu- Strahls von über fünf Größenordnungen durch Laser-Photodetachment gezeigt werden. Weiters wurde die Aufenthaltsdauer im Kühler gemessen und die Unterdrückung von MgO- gegenüber AlO- untersucht. Letzteres könnte bei AMS-Messungen von 26Al zu einer der ersten Anwendungen dieser neuentwickelten Filtermethode führen.
Abstract
(Englisch)
The sensitivity of trace isotope measurements with accelerator mass spectrometry (AMS) is in many cases limited by the presence of stable isobars. They often cannot be removed or distinguished from the isotope under investigation by established methods. Therefore, isotopic ratios from 10^-12 to 10^-16 characteristic for AMS cannot be attained for many trace isotopes of potential interest.
At the Vienna Environmental Research Accelerator (VERA), an AMS-facility at the University of Vienna, a method for isobar suppression by laser photodetachment is being developed. It employs differences in the electron affinity of the trace isotope and its isobar to element-selectively neutralize the negative ions of the isobar. To that end, the ion beam is cooled to energies in the order of 0.1 eV in a buffer gas filled radio frequency quadrupole ion guide. This extends the laser-ion interaction time and thereby enables suppression of the isobaric beam part by many orders of magnitude.
For research and development purpose a test setup named ILIAS (Ion Laser InterAction Setup) was built. On the long run the system should be installed onto the injection site of VERA to improve present detection limits for trace isotopes.
The main aims of the thesis at hand were to develop the test setup into its final state and to characterize it using test isotopes. In the process the transmission through the ion cooler could be improved to over 60% and a photodetachment suppression of a 63Cu- test beam by more than five orders of magnitude could be shown. Furthermore, the residence time of the ions in the cooler was measured and the suppression of MgO- relative to AlO- explored. The latter could pave the way for a first application of this novel filtering technique in AMS measurements of 26Al.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
laser photodetachment negative ions ion cooler radio frequency quadrupole isobar suppression accelerator mass spectrometry VERA
Schlagwörter
(Deutsch)
Laser-Photodetachment negative Ionen Ionenkühler Radiofrequenz-Quadrupol Isobarenunterdrückung Beschleuniger-Massenspektrometrie VERA
Autor*innen
Tobias Moreau
Haupttitel (Englisch)
Development and characterization of the lon laser interaction setup (ILIAS)
Paralleltitel (Deutsch)
Entwicklung und Charakterisierung des Ion Laser InterAction Setup (ILIAS)
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
iv, 81 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Robin Golser
AC Nummer
AC13395039
Utheses ID
37648
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |