Title (eng)
Laser photodetachment in a gas-filled RF-quadrupole
Parallel title (deu)
Laserphotodetachment in einem gasgefüllten RF-Quadrupol
Author
Johanna Pitters
Advisor
Robin Golser
Assessor
Robin Golser
Abstract (deu)
Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) ist eine sehr empfindliche Methode zum Nachweis von Spurenisotopen. Die große Herausforderung besteht in der effizienten Unterdrückung der Isobare des gesuchten Isotops, also Nuklide eines anderen Elements mit fast derselben Masse, die von den Massenspektrometern nicht getrennt werden können. Ein neuer Ansatz zur elementselektiven Trennung ist die Verwendung von Laserphotodetachment zur gezielten Neutralisierung der ungewollten Isobare auf der Niederenergieseite der AMS Anlage. Dadurch ließe sich das Spektrum der mit AMS zugänglichen Isotope deutlich erweitern. Um entsprechend lange Wechselwirkungszeiten für eine effiziente Unterdrückung zu ermöglichen werden die Ionen in einem mit Puffergas gefüllten RFQ `ion guide' gebremst. In diesem sogenannten Ionenkühler wird der Ionenstrahl mit einem kontinuierlichen Hochleistungslaser überlagert. Bei geeigneter Wahl der Wellenlänge des Lasers werden die ungewollten Elemente neutralisiert, während das gesuchte Isotop wieder herausbeschleunigt und in die AMS Anlage eingeschossen werden kann.
Solch ein Ionenkühler für negative Ionen wird momentan im ILIAS Labor, dem Ion-Laser InterAction Setup, entwickelt. Diese Masterarbeit beschreibt die auf SIMION Simulationen beruhenden Änderungen am System, die Inbetriebnahme des Kühlers sowie erste Test-Experimente zur Unterdrückung eines Ionenstrahls durch Laserphotodetachment. Bis zum Ende dieses Masterprojekts wurden atomare und molekulare negative Ionen erfolgreich gekühlt. In Photodetachment-Experimenten mit einem Kupferstrahl konnte eine Unterdrückung von nahezu 5 Größenordnungen und eine Transmission durch das Kühlersystem von bis zu 44% demonstriert werden. Sobald der Kühler in die Erweiterung von VERA (Vienna Environmental Research Accelerator) integriert ist, wird Laserphotodetachment im Ionenkühler als Isobarenfilter in AMS Messungen verwendet werden.
Abstract (eng)
Accelerator Mass Spectrometry (AMS) is an ultra-sensitive technique for measuring the abundance of trace isotopes. The main challenge is the efficient suppression of isobars of the isotope of interest, i.e. nuclides of different elements with almost the same mass, that cannot be separated by the mass spectrometers.
A new approach for element-selective filtering is to use laser photodetachment for neutralization of the unwanted isobar species on the low energy side of the AMS machine and thus broaden the spectrum of accessible isotopes. In order to reach interaction times long enough for an efficient depletion, the ions are slowed down in a buffer gas filled RFQ ion guide. Inside the so-called cooler, the ion beam is overlapped with a high power, continuous wave laser beam. If the laser wavelength is chosen properly, the unwanted element is neutralized, while the ions of interest can be re-accelerated and injected into the AMS machine.
Such a cooler system for negative ions is being developed at the ILIAS laboratory, the Ion-Laser InterAction Setup. This Master's thesis describes the modifications made to the cooler system based on SIMION simulations, the commissioning of the ion beam cooler as well as first tests concerning the suppression of an ion beam by laser photodetachment.
By the end of the Master's project atomic and molecular negative ions had been cooled successfully. In photodetachment experiments with a copper beam a suppression of almost 5 orders of magnitude and an overall transmission of the cooler system of up to 44% could be demonstrated. Once installed as an extension to VERA (Vienna Environmental Research Accelerator), laser photodetachment in the ion beam cooler is going to be used as an isobar filter in AMS measurements.
Keywords (eng)
AMS (Accelerator Mass Spectrometrylaser photodetachmention beam coolernegative ions
Keywords (deu)
AMS (Beschleuniger-MassenspektrometrieLaserphotodetachmentIonenkühlernegative Ionen
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1318879
rdau:P60550 (deu)
74 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
88
Association (deu)
Title (eng)
Laser photodetachment in a gas-filled RF-quadrupole
Parallel title (deu)
Laserphotodetachment in einem gasgefüllten RF-Quadrupol
Author
Johanna Pitters
Abstract (deu)
Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) ist eine sehr empfindliche Methode zum Nachweis von Spurenisotopen. Die große Herausforderung besteht in der effizienten Unterdrückung der Isobare des gesuchten Isotops, also Nuklide eines anderen Elements mit fast derselben Masse, die von den Massenspektrometern nicht getrennt werden können. Ein neuer Ansatz zur elementselektiven Trennung ist die Verwendung von Laserphotodetachment zur gezielten Neutralisierung der ungewollten Isobare auf der Niederenergieseite der AMS Anlage. Dadurch ließe sich das Spektrum der mit AMS zugänglichen Isotope deutlich erweitern. Um entsprechend lange Wechselwirkungszeiten für eine effiziente Unterdrückung zu ermöglichen werden die Ionen in einem mit Puffergas gefüllten RFQ `ion guide' gebremst. In diesem sogenannten Ionenkühler wird der Ionenstrahl mit einem kontinuierlichen Hochleistungslaser überlagert. Bei geeigneter Wahl der Wellenlänge des Lasers werden die ungewollten Elemente neutralisiert, während das gesuchte Isotop wieder herausbeschleunigt und in die AMS Anlage eingeschossen werden kann.
Solch ein Ionenkühler für negative Ionen wird momentan im ILIAS Labor, dem Ion-Laser InterAction Setup, entwickelt. Diese Masterarbeit beschreibt die auf SIMION Simulationen beruhenden Änderungen am System, die Inbetriebnahme des Kühlers sowie erste Test-Experimente zur Unterdrückung eines Ionenstrahls durch Laserphotodetachment. Bis zum Ende dieses Masterprojekts wurden atomare und molekulare negative Ionen erfolgreich gekühlt. In Photodetachment-Experimenten mit einem Kupferstrahl konnte eine Unterdrückung von nahezu 5 Größenordnungen und eine Transmission durch das Kühlersystem von bis zu 44% demonstriert werden. Sobald der Kühler in die Erweiterung von VERA (Vienna Environmental Research Accelerator) integriert ist, wird Laserphotodetachment im Ionenkühler als Isobarenfilter in AMS Messungen verwendet werden.
Abstract (eng)
Accelerator Mass Spectrometry (AMS) is an ultra-sensitive technique for measuring the abundance of trace isotopes. The main challenge is the efficient suppression of isobars of the isotope of interest, i.e. nuclides of different elements with almost the same mass, that cannot be separated by the mass spectrometers.
A new approach for element-selective filtering is to use laser photodetachment for neutralization of the unwanted isobar species on the low energy side of the AMS machine and thus broaden the spectrum of accessible isotopes. In order to reach interaction times long enough for an efficient depletion, the ions are slowed down in a buffer gas filled RFQ ion guide. Inside the so-called cooler, the ion beam is overlapped with a high power, continuous wave laser beam. If the laser wavelength is chosen properly, the unwanted element is neutralized, while the ions of interest can be re-accelerated and injected into the AMS machine.
Such a cooler system for negative ions is being developed at the ILIAS laboratory, the Ion-Laser InterAction Setup. This Master's thesis describes the modifications made to the cooler system based on SIMION simulations, the commissioning of the ion beam cooler as well as first tests concerning the suppression of an ion beam by laser photodetachment.
By the end of the Master's project atomic and molecular negative ions had been cooled successfully. In photodetachment experiments with a copper beam a suppression of almost 5 orders of magnitude and an overall transmission of the cooler system of up to 44% could be demonstrated. Once installed as an extension to VERA (Vienna Environmental Research Accelerator), laser photodetachment in the ion beam cooler is going to be used as an isobar filter in AMS measurements.
Keywords (eng)
AMS (Accelerator Mass Spectrometrylaser photodetachmention beam coolernegative ions
Keywords (deu)
AMS (Beschleuniger-MassenspektrometrieLaserphotodetachmentIonenkühlernegative Ionen
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1318880
Number of pages
88
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