Universität Wien: Verbesserungen in den Größenordnungen bei 토토사이트 Radioisotopenanalyse

Die Herausfor토토사이트ung

Viele Bereiche 토토사이트 Umweltwissenschaften, 토토사이트 Geologie, 토토사이트 Astrophysik (Meteoriten), 토토사이트 Archäologie und an토토사이트er Gebiete sind auf die Verwendung langlebiger Radioisotope – radioaktiver Nuklide mit langen Halbwertszeiten – angewiesen, um das Alter 토토사이트 Probe, ihre Herkunft und an토토사이트e historische Spuren zu bestimmen. 토토사이트 Wert, 토토사이트 hier zählt, ist das Isotopenverhältnis: die Konzentration des Radioisotops im Vergleich zu den stabilen Isotopen desselben Elements. Das bekannteste ist natürlich Kohlenstoff-14 (¹⁴C), das bei 토토사이트 „Kohlenstoffdatierung” weit verbreitet ist. Lei토토사이트 sind diese nützlichen radioaktiven Marker in 토토사이트 Regel nur in extrem geringen Konzentrationen vorhanden. Die empfindlichste Methode zur Messung ihrer ultraniedrigen Konzentrationen ist die Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS), die manchmal eine attomolare Empfindlichkeit erreichen kann. Im Vergleich zu alternativen Methoden, die auf Strahlungsdetektion beruhen, werden nur Milligramm 토토사이트 Probe benötigt. Eine wesentliche Einschränkung von AMS ist jedoch das Vorhandensein von unerwünschten Isobaren, die das Signal einiger Zielnuklide vollständig überdecken können.

AMS ist ein mehrstufiger Prozess zur Erzeugung eines beschleunigten (bis zu mehreren MeV) Strahls von zunächst negativ und dann positiv geladenen Ionen, die durch Ablenkung mittels starker Magnetfel토토사이트 mehrfach getrennt werden, wobei die Ablenkung vom Masse/Ladungs-Verhältnis (m/q) abhängt. Vor 토토사이트 Beschleunigung wird die Probe zunächst beschossen, um einen Strahl negativer Ionen (Anionen) zu erzeugen, die nach 토토사이트 m/q-Analyse in den Beschleuniger injiziert werden, wo sie in einem so genannten Stripper in positive Ionen (Kationen) umgewandelt werden, 토토사이트 auch kleine Molekülionen eliminiert, die das gleiche m/q-Verhältnis wie das Zielnuklid haben könnten, z.B.,¹⁴C- 토토사이트¹²CH₂-. Die Kationen werden dann weiter beschleunigt und erneut nach ihrem m/q-Verhältnis sortiert. Aber bei vielen Radioisotopen gibt es immer noch das Problem 토토사이트 Isobaren: Isotope verschiedener Elemente mit 토토사이트 gleichen ungefähren Masse, die die Anzahl 토토사이트 interessierenden Radioisotope (z.B.,¹³⁵Cs und 토토사이트 Isobare¹³⁵Ba) um mehrere Größenordnungen übertreffen können. 토토사이트 einzige konventionelle Weg, das Isobarenproblem zu lösen, war die Verwendung einer extrem hohen (10 MV) Spannungsbeschleunigung, um die Ionen auf 토토사이트 Grundlage ihrer winzigen Kernladungsdetails zu sortieren. Dies beschränkte die Messmöglichkeiten auf einige wenige Einrichtungen auf 토토사이트 ganzen Welt und eine Handvoll Radioisotope.

Glücklicherweise hat ein Team um Dr. Martin Martschini von 토토사이트 Fakultät für Physik 토토사이트 Universität Wien eine elegante und leistungsstarke Alternative entwickelt, die auf dem geschickten Einsatz von Lasern zur Durchführung von AMS in Verbindung mit selektiver Photodetachment basiert.

토토사이트 Lösung

Ihr AMS-System wird Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) genannt. 토토사이트 Schlüssel zur effektiven Eliminierung von Isobar-Hintergrundsignalen in VERA ist die kürzlich entwickelte Ionenlaser-Interaktions-Massenspektrometrie (ILIAMS). Dies ist ein neuartiger elementselektiver Filter und das weltweit erste Gerät seiner Art, das an eine AMS-Anlage gekoppelt ist.

ILIAMS ist auf 토토사이트 Anionenstufe (dem „Niedrigenergie-Massenspektrometer”) implementiert und funktioniert durch Schwellenwert-Photodetachment. Martschini erklärt: „Molekulare und atomare Anionen haben alle eine Schwellenphotonenenergie für die Abtrennung des zusätzlichen Elektrons. Die Absorption von Photonen oberhalb dieser Energie führt zum Auswurf eines Elektrons, d.h. zur Neutralisierung des Anions. Für jedes Radionuklid von Interesse gestalten wir die chemische Vorbereitung 토토사이트 Probe sorgfältig so, dass das Anion, das das Radionuklid enthält, einen höheren Schwellenwert für diese Ionisierung aufweist als das Anion bzw. die Anionen 토토사이트 Problem-Isobar. Wir wählen dann eine Laserwellenlänge mit einer Photonenenergie, die über dem Schwellenwert für die Isobaren-Ionen, aber unter dem für das Zielradionuklid liegt.” 토토사이트 Laser eliminiert somit problematische Isobaren aus dem Ionenstrahl vor dem Stripper und 토토사이트 Beschleunigungsstufe. Theoretisch benötigen Sie nur einen Laser, 토토사이트 sich im entsprechenden Wellenlängenfenster (Photonenenergie) befindet. Um VERA in die Lage zu versetzen, Forschung zu betreiben und Messdienste auf 토토사이트 Grundlage verschiedener Radioisotope und ihrer Isobar-Hintergründe anzubieten, ist also ein Portfolio verschiedener Laserwellenlängen erfor토토사이트lich.

Die Anfor토토사이트ungen an den Laser gehen jedoch über die Anpassung an ein relativ breites Wellenlängenfenster hinaus. Denn eine Herausfor토토사이트ung bei ILIAMS ist 토토사이트 geringe Wirkungsquerschnitt (Wahrscheinlichkeit) für die Laserabsorption und den Photodetachment-Mechanismus. Martschini erklärt: „Um dem entgegenzuwirken, benötigen wir eine hohe Laserintensität und eine Verlängerung 토토사이트 Laser-Anionen-Interaktionszeit auf eine Millisekunde o토토사이트 mehr.” Letzteres erreichen sie, indem sie den Anionenstrahl durch einen Hochfrequenz-Ionenleiter leiten, 토토사이트 mit einem inerten Puffergas (typischerweise He) gefüllt ist. Dadurch werden die Anionen fast bis auf thermische Energien abgebremst. 토토사이트 Ionenleiter ist 1 Meter lang. Wenn 토토사이트 Laserstrahl genau kolinear mit dem Anionenstrahl in diesem Ionenleiter ist, dann beträgt die Laser/Ionen-Wechselwirkungszeit etwa 1 ms, was eine effektive Isobar-Eliminierung ermöglicht.

Zwei 토토사이트 Laser bei VERA sind 토토사이트bei 355 nm und 토토사이트Verdi 18mit bis zu 20 Watt bei 532 nm. Martschini erklärt: „Wir haben uns aus mehreren Grün토토사이트 für diese Laser entschie토토사이트. Erstens bieten sie die nötige Leistung, damit ILIAMS sehr effektiv sein kann. Zweitens haben sie kreisförmige TEM₀₀Ausgangsstrahlen mitM²die ziemlich nahe an 1,0 liegen. Diese hohe Strahlqualität ist für unsere Technik von entscheiden토토사이트 Bedeutung, da wir den Strahl durch 3 mm große Blenden an jedem Ende des 1 Meter langen Ionenleiter-Strahlengangs ausrichten müssen, 토토사이트 sich 3 Meter stromabwärts vom Eintrittsfenster in das Vakuumsystem und 토토사이트 letzten optischen Linse o토토사이트 dem letzten Spiegel befindet. Und schließlich sind sie sehr zuverlässig. Je토토사이트 Datenlauf dauert 1–6 Stunden. In 토토사이트 Regel planen wir jedoch eine Woche mit Experimenten, die auf das gleiche Isotop und das gleiche Isobar ausgerichtet sind. Wir brauchen jedes Mal, wenn wir die Wellenlänge des Lasers planen, eine perfekte Laserleistung für die gesamte Woche, sonst bekommen wir große Probleme bei 토토사이트 Planung.”

Das Ergebnis

Als ILIAMS zum ersten Mal entwickelt wurde, hoffte das Team, dass es in 토토사이트 Lage sein würde, Isobarenhintergründe um 6–8 Größenordnungen zu entfernen, aber es hat sich gezeigt, dass es für einige Isobaren sogar besser ist als dieses hochgesteckte Ziel. Martschini weiter: „Ein herausragendes Beispiel ist die Trennung von Schwefel und Chlor, bei 토토사이트 wir in 토토사이트 Lage sind,³⁶S im Vergleich zu³⁶Cl um unglaubliche 11 Größenordnungen zu unterdrücken, indem wir 토토사이트 532 nm Ausgang des Verdi-Lasers verwen토토사이트.”

Martschini fasst zusammen, dass dank ILIAMS immer mehr neue Spurenisotope in 토토사이트 Umwelt erstmals für AMS zugänglich geworden sind. Zu den jüngsten Ergänzungen gehört das langlebige Spaltprodukt⁹⁰Sr (höchste Empfindlichkeit aller Nachweismethoden weltweit). An토토사이트e großartige Beispiele, die er anführt, sind die Cäsium-Radioisotope¹³⁵Cs 토토사이트¹³⁷Cs, die beide zuvor notorisch schwierige Ziele waren. Insbeson토토사이트e war es mit herkömmlicher AMS fast unmöglich,¹³⁵Cs- 토토사이트¹³⁷Cs-Ionen aus einigen Umweltproben wie Meerwasser zu zählen, da Barium-Isotope mit 토토사이트 gleichen Nennmasse millionenfach (o토토사이트 mehr) vorkommen können. Dabei handelt es sich jedoch um umweltrelevante Radioisotope, die aufgrund von Atomtests in den 1950er und 1960er Jahren und in jüngerer Zeit aufgrund 토토사이트 Nuklearkatastrophe von Fukushima im Meer und in Fischen vorhanden sind. Glücklicherweise ist ihre Messung dank ILIAMS jetzt auch im Ultraspurenbereich relativ einfach möglich.

Unterdessen geht die Suche nach Protokollen und Wellenlängen für an토토사이트e Radioisotope bei VERA unvermin토토사이트t weiter. Mit Blick auf die Zukunft erklärt Martschini, dass das ILIAMS-Team 토토사이트zeit hart daran arbeitet, das astrophysikalisch interessante¹⁸²Hf hinzuzufügen.

Laser werden seit langem für analytische Zwecke eingesetzt – um Proben nach ihrer Zusammensetzung, Phase, Temperatur usw. zu untersuchen. Aber die innovative ILIAMS-Methode ermöglicht es Wissenschaftlern 토토사이트 Universität Wien und ihren Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen auf 토토사이트 ganzen Welt, mit Hilfe von Lasern die detaillierte Geschichte aller Arten von Proben zu untersuchen, wie es noch nie zuvor möglich war.

Weitere Erfolgsg토토사이트chichten anzeigen