Beschleuniger-Massenspektrometrie an VERA

Ausgewogenheit zwischen technischen Entwicklungen und anspruchsvollen Anwendungen ist bei VERA (Vienna Environmental Research Accelerator) sehr wichtig. Die Anwendungen reichen in viele Bereiche unserer Umwelt, von der Archäologie zur Klimaforschung. Besonderes Gewicht wird auf AMS-Anwendungen innerhalb der Physik gelegt, d.h. Astrophysik, Kernphysik, atomare und molekulare Physik. Ein Schwerpunkt unserer technischen Entwicklungen ist die Erweiterung der Grenzen der AMS Methode, z.B. der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Probengröße für das wichtigste AMS-Isotop ¹⁴C. Ein weiterer Akzent liegt auf der Detektion der schwersten Radioisotope (²³³U, ²³⁶U, ²⁴⁴Pu). Wir arbeiten daran, Beschleuniger-Massenspektrometrie von Radioisotopen im gesamten Bereich der Nuklidkarte (Abb. 1, Golser et al., 2017) zu ermöglichen.

VERA ist eine für Beschleuniger-Massenspektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry, AMS) optimierte Beschleunigeranlage. Der eigentliche Beschleuniger ist ein 3-MV Pelletron Tandembeschleuniger der National Electrostatics Corporation (NEC), USA. Die Anlage ging 1996 in Betrieb und wurde 2001 und 2016 erweitert um Beschleuniger-Massenspektrometrie von Radioisotopen im gesamten Bereich der Nuklidkarte und die Abtrennung von Isobaren mittels einer selbst entwickelten Anlage zur Ionen-Laser-Wechselwirkung (ILIAMS) zu ermöglichen.

Die Skizze (Abb. 2) zeigt die Anlage mit ihren beiden Ionenquellen und der ILIAMS Messanordnung, den Injektormagnet und nach dem Tandembeschleuniger Analysierelemente wie den magnetischen Analysator, den elektrostatischen Analysator sowie die Detektoren für verschiedene AMS-Anwendungen.

Falls Sie Interesse an einer Führung durch das VERA Labor haben, finden sie hier alle Informationen.

ILIAMS

Ionen-Laser Wechselwirkungs Massenspektrometrie (Englisch: Ion-Laser InterAction Mass Spectrometry, ILIAMS) ist ein neuartige element-selektive Filtermethode, welche derzeit bei VERA erforscht und entwickelt wird. Es ist der erste Aufbau dieser Art weltweit, der an eine AMS-Anlage gekoppelt wurde. ILIAMS benutzt selektive Laser-Neutralisation von gekühlten Anionen um störende Ionen anderer Elemente hocheffizient aus dem Ionenstrahl zu entfernen. Die dafür nötige Laser-Ionen-Wechselwirkungszeit von ca. 1 ms wird erreicht, indem der Ionenstrahl in einer Radiofrequenz-Ionenfalle mit Buffergas gekühlt wird und mit einem intensiven Laserstrahl passender Wellenlänge überlagert wird. Dank ILIAMS werden mehr und mehr neue Spurenisotope in typischen Umweltkonzentrationen mittels AMS zugänglich. Kürzliche Neuzugänge auf dieser Liste sind ⁹⁰Sr (höchste Nachweisempfindlichkeit aller Methoden weltweit) ¹³⁵Cs und ¹³⁷Cs. Derzeit arbeiten wir hart daran, auch das astrophysikalisch interessante ¹⁸²Hf (Astrophysik) hier anführen zu können.

Kontaktperson:	Martin Martischini
Referenzen:	Martschini, M., Hanstorp, D., Lachner, J., Marek, C., Priller, A., Steier, P., Wasserburger, P., & Golser, R. (2019). The ILIAMS project - An RFQ ion beam cooler for selective laser photodetachment at VERA. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. Section B. Beam Interactions with Materials and Atoms, 456, 213-217. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.04.039 Lachner, J., Marek, C., Martschini, M., Priller, A., Steier, P., & Golser, R. (2019). ³⁶Cl in a new light: AMS measurements assisted by ion-laser interaction. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. Section B. Beam Interactions with Materials and Atoms, 456, 163-168. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.05.061 Martschini, M., Lachner, J., Merchel, S., Priller, A., Steier, P., Wallner, A., Wieser, A., & Golser, R. (2020). The quest for AMS of 182Hf – why poor gas gives pure beams. EPJ Web of Conferences, 232, [02003]. https://doi.org/10.1051/epjconf/202023202003 Lachner, J., Martschini, M., Kalb, A., Kern, M., Marchhart, O., Plasser, F., Priller, A., Steier, P., Wieser, A., & Golser, R. (2021). Highly sensitive Al-26 measurements by Ion-Laser-InterAction Mass Spectrometry. International Journal of Mass Spectrometry, 465, [116576]. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2021.116576 https://doi.org/10.1016/j.ijms.2021.116576
Forschungspartner:	Dag Hanstorp, University of Gothenburg - Department of Physics, Sweden