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Ultrasensitive Bestimmung von Radionukliden Mittels Beschleunigermassenspektrometrie bei DREAMS am Beispiel von 36Cl

Pavetich, S.; Akhmadaliev, S.; Merchel, S.; Rugel, G.

Beschleunigermassenspektrometrie (AMS - Accelerator Mass Spectrometry) ist eine hochsensitive Methode zur Bestimmung der Häufigkeit von Radioisotopen. Dabei werden Radionuklide immer relativ zu den stabilen Isotopen des jeweiligen Elements gemessen. Da bei der AMS radioaktive Atome nicht durch ihren Zerfall detektiert werden, sondern direkt gezählt werden, eignet sich die Methode in erster Linie für langlebige Radionuklide (t1/2 > 100 a). Dabei können je nach Element Isotopenverhältnisse von 10-15-10-16 (entspricht nBq) gemessen werden, wobei die Messzeit ca. 1 h pro Probe beträgt. Im Wesentlichen besteht eine AMS-Anlage aus einer Ionenquelle (üblicherweise Cs-Ionensputterquelle) zur Extraktion negativer Ionen aus dem Probenmaterial (< 10 mg), zwei Massenspekrometern (Injektormagnet und Analysiermagnet) zum Filtern der Ionen nach ihrer Energie, ihrem Impuls und Ladungszustand, einem Beschleuniger der die Ionen auf die für die finale Separation notwendigen Energien (MeV) beschleunigt und durch das sogenannte „Stripping“ für eine totale Unterdrückung des molekularen Isobarenhintergrundes sorgt und einem Detektor zum Zählen der Radioisotope bzw. Faraday-Cups zur Messung des Stromes der Stabilisotope.

Die AMS-Anlage DREAMS (DREsden AMS) ist seit August 2011 in Betrieb [1]. Momentan werden bei DREAMS Routinemessungen der Nuklide 10Be, 26Al und 41Ca durchgeführt [2]. Bei den volatilen Element Cl und I werden Präzisionsmessungen noch durch Langzeit- und Probe-zu-Probe-Kontaminationseffekte in der Ionenquelle verhindert [3]. Kooperationen mit der TU Bergakademie Freiberg einerseits und dem UFZ Leipzig (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung) andererseits bei denen Proben aus der Salar de Uyuni (Salzwüste in Bolivien) und von unterirdischen Wasserläufen im Oman untersucht wurden, haben gezeigt, dass die Bestimmung von 36Cl-Konzentrationen dennoch auf einem Level von einigen 100 nBq zurzeit schon möglich ist. Die Entwicklung einer neuen Ionenquelle für volatile Elemente, die in ersten Versuchen vielversprechende Ergebnisse geliefert hat, wird noch präzisere AMS-Messungen von 36Cl bei DREAMS ermöglichen.

Danksagungen: Prof. Dr. Broder J. Merkel und Anna Seither, TU Bergakademie Freiberg
Dr. Gerhard Strauch und Thomas Müller, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig

[1] S. Akhmadaliev et al., Nucl. Instr. Meth. B 294 (2013) 5
[2] G. Rugel, Vortrag, 7. Workshop RCA
[3] R. Finkel et al., Nucl. Instr. Meth. B 294 (2013) 121

Keywords: AMS; DREAMS; 36Cl; langlebige Radionuklide

  • Poster
    7. Workshop RCA, 10.-11.06.2013, Dresden, Deutschland

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-18476
Publ.-Id: 18476