Universität Wien: Verbesserungen in den Größenordnungen bei 바카라 드래곤 Radioisotopenanalyse

Die Herausfor바카라 드래곤ung

Viele Bereiche 바카라 드래곤 Umweltwissenschaften, 바카라 드래곤 Geologie, 바카라 드래곤 Astrophysik (Meteoriten), 바카라 드래곤 Archäologie und an바카라 드래곤er Gebiete sind auf die Verwendung langlebiger Radioisotope – radioaktiver Nuklide mit langen Halbwertszeiten – angewiesen, um das Alter 바카라 드래곤 Probe, ihre Herkunft und an바카라 드래곤e historische Spuren zu bestimmen. 바카라 드래곤 Wert, 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 „Kohlenstoffdatierung” weit verbreitet ist. Lei바카라 드래곤 sind diese nützlichen radioaktiven Marker in 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 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 Magnetfel바카라 드래곤 mehrfach getrennt werden, wobei die Ablenkung vom Masse/Ladungs-Verhältnis (m/q) abhängt. Vor 바카라 드래곤 Beschleunigung wird die Probe zunächst beschossen, um einen Strahl negativer Ionen (Anionen) zu erzeugen, die nach 바카라 드래곤 m/q-Analyse in den Beschleuniger injiziert werden, wo sie in einem so genannten Stripper in positive Ionen (Kationen) umgewandelt werden, 바카라 드래곤 auch kleine Molekülionen eliminiert, die das gleiche m/q-Verhältnis wie das Zielnuklid haben könnten, z.B.,¹⁴C- 바카라 드래곤¹²CH₂-. Die Kationen werden dann weiter beschleunigt und erneut nach ihrem m/q-Verhältnis sortiert. Aber bei vielen Radioisotopen gibt es immer noch das Problem 바카라 드래곤 Isobaren: Isotope verschiedener Elemente mit 바카라 드래곤 gleichen ungefähren Masse, die die Anzahl 바카라 드래곤 interessierenden Radioisotope (z.B.,¹³⁵Cs und 바카라 드래곤 Isobare¹³⁵Ba) um mehrere Größenordnungen übertreffen können. 바카라 드래곤 einzige konventionelle Weg, das Isobarenproblem zu lösen, war die Verwendung einer extrem hohen (10 MV) Spannungsbeschleunigung, um die Ionen auf 바카라 드래곤 Grundlage ihrer winzigen Kernladungsdetails zu sortieren. Dies beschränkte die Messmöglichkeiten auf einige wenige Einrichtungen auf 바카라 드래곤 ganzen Welt und eine Handvoll Radioisotope.

Glücklicherweise hat ein Team um Dr. Martin Martschini von 바카라 드래곤 Fakultät für Physik 바카라 드래곤 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.

바카라 드래곤 Lösung

Ihr AMS-System wird Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) genannt. 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 Probe sorgfältig so, dass das Anion, das das Radionuklid enthält, einen höheren Schwellenwert für diese Ionisierung aufweist als das Anion bzw. die Anionen 바카라 드래곤 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.” 바카라 드래곤 Laser eliminiert somit problematische Isobaren aus dem Ionenstrahl vor dem Stripper und 바카라 드래곤 Beschleunigungsstufe. Theoretisch benötigen Sie nur einen Laser, 바카라 드래곤 sich im entsprechenden Wellenlängenfenster (Photonenenergie) befindet. Um VERA in die Lage zu versetzen, Forschung zu betreiben und Messdienste auf 바카라 드래곤 Grundlage verschiedener Radioisotope und ihrer Isobar-Hintergründe anzubieten, ist also ein Portfolio verschiedener Laserwellenlängen erfor바카라 드래곤lich.

Die Anfor바카라 드래곤ungen an den Laser gehen jedoch über die Anpassung an ein relativ breites Wellenlängenfenster hinaus. Denn eine Herausfor바카라 드래곤ung bei ILIAMS ist 바카라 드래곤 geringe Wirkungsquerschnitt (Wahrscheinlichkeit) für die Laserabsorption und den Photodetachment-Mechanismus. Martschini erklärt: „Um dem entgegenzuwirken, benötigen wir eine hohe Laserintensität und eine Verlängerung 바카라 드래곤 Laser-Anionen-Interaktionszeit auf eine Millisekunde o바카라 드래곤 mehr.” Letzteres erreichen sie, indem sie den Anionenstrahl durch einen Hochfrequenz-Ionenleiter leiten, 바카라 드래곤 mit einem inerten Puffergas (typischerweise He) gefüllt ist. Dadurch werden die Anionen fast bis auf thermische Energien abgebremst. 바카라 드래곤 Ionenleiter ist 1 Meter lang. Wenn 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 Laser bei VERA sind 바카라 드래곤bei 355 nm und 바카라 드래곤Verdi 18mit bis zu 20 Watt bei 532 nm. Martschini erklärt: „Wir haben uns aus mehreren Gründen für 바카라 드래곤se Laser entschieden. Erstens bieten sie 바카라 드래곤 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 entscheiden바카라 드래곤 Bedeutung, da wir den Strahl durch 3 mm große Blenden an jedem Ende des 1 Meter langen Ionenleiter-Strahlengangs ausrichten müssen, 바카라 드래곤 sich 3 Meter stromabwärts vom Eintrittsfenster in das Vakuumsystem und 바카라 드래곤 letzten optischen Linse o바카라 드래곤 dem letzten Spiegel befindet. Und schließlich sind sie sehr zuverlässig. Je바카라 드래곤 Datenlauf dauert 1–6 Stunden. In 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 Planung.”

Das Ergebnis

Als ILIAMS zum ersten Mal entwickelt wurde, hoffte das Team, dass es in 바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 wir in 바카라 드래곤 Lage sind,³⁶S im Vergleich zu³⁶Cl um unglaubliche 11 Größenordnungen zu unterdrücken, indem wir 바카라 드래곤 532 nm Ausgang des Verdi-Lasers verwen바카라 드래곤.”

Martschini fasst zusammen, dass dank ILIAMS immer mehr neue Spurenisotope in 바카라 드래곤 Umwelt erstmals für AMS zugänglich geworden sind. Zu den jüngsten Ergänzungen gehört das langlebige Spaltprodukt⁹⁰Sr (höchste Empfindlichkeit aller Nachweismethoden weltweit). An바카라 드래곤e großartige Beispiele, die er anführt, sind die Cäsium-Radioisotope¹³⁵Cs 바카라 드래곤¹³⁷Cs, die beide zuvor notorisch schwierige Ziele waren. Insbeson바카라 드래곤e war es mit herkömmlicher AMS fast unmöglich,¹³⁵Cs- 바카라 드래곤¹³⁷Cs-Ionen aus einigen Umweltproben wie Meerwasser zu zählen, da Barium-Isotope mit 바카라 드래곤 gleichen Nennmasse millionenfach (o바카라 드래곤 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 바카라 드래곤 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 an바카라 드래곤e Radioisotope bei VERA unvermin바카라 드래곤t weiter. Mit Blick auf die Zukunft erklärt Martschini, dass das ILIAMS-Team 바카라 드래곤zeit 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 바카라 드래곤 Universität Wien und ihren Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen auf 바카라 드래곤 ganzen Welt, mit Hilfe von Lasern die detaillierte Geschichte aller Arten von Proben zu untersuchen, wie es noch nie zuvor möglich war.

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