Title (eng)
Developments towards the determination of 135-Cs and 137-Cs in environmental samples by AMS
Parallel title (deu)
Entwicklungen zur Bestimmung von 135-Cs und 137-Cs in Umweltproben mit AMS
Author
Alexander Wieser
Advisor
Robin Golser
Co-Advisor
Johannes Lachner
Assessor
Robin Golser
Abstract (deu)
135-Cs hat eine geschätzte Halbwertszeit von 1.3 bis 3 Millionen Jahren. Die Kombination aus dieser niedrigen Konzentration, einer geringen Betazerfallsenergie und der langen Halbwertszeit machen es schwierig via radiometrischen Methoden zu
detektieren. Das Isotopenverhältnis 135-Cs/137-Cs, kann benützt werden um Quellen eines anthropogenen Cäsiumbeitrags, wie durch Global Fallout oder Nuklearunfälle in Tschernobyl und Fukushima, zuzuordnen. In der klassischen Beschleunigermassenspektrometrie unterdrückt man Isobare durch
chemische Präparation, Wahl geeigneter negativer Ionen und elementsensitiver Analyse im Detektorsystem. Für Cs Messungen ist dies aufgrund der hohen Konzentration von Barium in Bodenproben und der Ununterscheidbarkeit der beiden Elemente durch ihr Bremsvermögen in typischen AMS Energiebereichen nicht möglich. In dieser Masterarbeit wurde die Methode der Ion Laser InterAction Mass Spectrometry am Vienna Environmental Research Accelerator untersucht und weiter verbessert. Diese Methode benützt Unterschiede in den Elektronenaffinitäten der zu messenden Isotope und den Isobaren. In dieser Masterarbeit wurde so eine Unterdrückung von mehr als fünf Größenordnungen erzielt. In ersten Tests wurden hausinterne Materialien, aber auch IAEA Referenzmaterialien, untersucht und die Ergebnisse mit denen anderer Gruppen mit unterschiedlichen Messansätzen verglichen. Das Detektionslimit konnte um einen Faktor 100 im Rahmen dieser Masterarbeit verbessert werden. Die nächsten Schritte sind die Reproduzierbarkeit der Messung zu verbessern und die Kreuzkontamination in der Ionenquelle zu verringern, sodass schließlich Umweltproben bei VERA gemessen werden können.
Abstract (eng)
135-Cs has an estimated half-life between 1.3 and 3 Myrs. The combination of low concentration, low beta energy and long half-life make it specifically hard to determine via radiometric methods. The isotopic ratio 135-Cs/137-Cs can be used to assign sources of anthropogenic cesium input, such as global fallout or nuclear accidents like in Chernobyl or in Fukushima. In classical AMS the separation of interfering isobars is achieved by chemical preparation, selection of suitable negative ions and elemental analysis methods in the detection system. This approach is not possible for cesium detection because barium occurs at high concentrations in environmental samples such as soils and sediments and is also not distinguishable from cesium by means of stopping power in typical AMS energy regimes. In this master thesis the method of Ion Laser InterAction Mass Spectrometry at the Vienna Environmental Research Accelerator was investigated and further improved for cesium detection. This method utilizes differences in the electron affinities of the isobars and the isotopes of interest. In this master thesis a suppression of more than five orders of magnitudes of these isobars was achieved. In first tests in-house materials but also IAEA reference materials were investigated and results were compared with other groups pursuing different mass spectrometric approaches. The limit of detection was reduced by a factor 100. The next steps are improving the reproducibility of the samples and minimizing the cross contamination in the ion source, so that eventually environmental samples can be measured at VERA.
Keywords (eng)
accelerator mass spectrometry135-Cs137-Csion cooling
Keywords (deu)
Beschleunigermassenspektrometrie135-Cs137-CsIonenkühlung
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1365868
rdau:P60550 (deu)
VI, 81 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
89
Study plan
Masterstudium Physik
[UA]
[066]
[876]
Association (deu)
Title (eng)
Developments towards the determination of 135-Cs and 137-Cs in environmental samples by AMS
Parallel title (deu)
Entwicklungen zur Bestimmung von 135-Cs und 137-Cs in Umweltproben mit AMS
Author
Alexander Wieser
Abstract (deu)
135-Cs hat eine geschätzte Halbwertszeit von 1.3 bis 3 Millionen Jahren. Die Kombination aus dieser niedrigen Konzentration, einer geringen Betazerfallsenergie und der langen Halbwertszeit machen es schwierig via radiometrischen Methoden zu
detektieren. Das Isotopenverhältnis 135-Cs/137-Cs, kann benützt werden um Quellen eines anthropogenen Cäsiumbeitrags, wie durch Global Fallout oder Nuklearunfälle in Tschernobyl und Fukushima, zuzuordnen. In der klassischen Beschleunigermassenspektrometrie unterdrückt man Isobare durch
chemische Präparation, Wahl geeigneter negativer Ionen und elementsensitiver Analyse im Detektorsystem. Für Cs Messungen ist dies aufgrund der hohen Konzentration von Barium in Bodenproben und der Ununterscheidbarkeit der beiden Elemente durch ihr Bremsvermögen in typischen AMS Energiebereichen nicht möglich. In dieser Masterarbeit wurde die Methode der Ion Laser InterAction Mass Spectrometry am Vienna Environmental Research Accelerator untersucht und weiter verbessert. Diese Methode benützt Unterschiede in den Elektronenaffinitäten der zu messenden Isotope und den Isobaren. In dieser Masterarbeit wurde so eine Unterdrückung von mehr als fünf Größenordnungen erzielt. In ersten Tests wurden hausinterne Materialien, aber auch IAEA Referenzmaterialien, untersucht und die Ergebnisse mit denen anderer Gruppen mit unterschiedlichen Messansätzen verglichen. Das Detektionslimit konnte um einen Faktor 100 im Rahmen dieser Masterarbeit verbessert werden. Die nächsten Schritte sind die Reproduzierbarkeit der Messung zu verbessern und die Kreuzkontamination in der Ionenquelle zu verringern, sodass schließlich Umweltproben bei VERA gemessen werden können.
Abstract (eng)
135-Cs has an estimated half-life between 1.3 and 3 Myrs. The combination of low concentration, low beta energy and long half-life make it specifically hard to determine via radiometric methods. The isotopic ratio 135-Cs/137-Cs can be used to assign sources of anthropogenic cesium input, such as global fallout or nuclear accidents like in Chernobyl or in Fukushima. In classical AMS the separation of interfering isobars is achieved by chemical preparation, selection of suitable negative ions and elemental analysis methods in the detection system. This approach is not possible for cesium detection because barium occurs at high concentrations in environmental samples such as soils and sediments and is also not distinguishable from cesium by means of stopping power in typical AMS energy regimes. In this master thesis the method of Ion Laser InterAction Mass Spectrometry at the Vienna Environmental Research Accelerator was investigated and further improved for cesium detection. This method utilizes differences in the electron affinities of the isobars and the isotopes of interest. In this master thesis a suppression of more than five orders of magnitudes of these isobars was achieved. In first tests in-house materials but also IAEA reference materials were investigated and results were compared with other groups pursuing different mass spectrometric approaches. The limit of detection was reduced by a factor 100. The next steps are improving the reproducibility of the samples and minimizing the cross contamination in the ion source, so that eventually environmental samples can be measured at VERA.
Keywords (eng)
accelerator mass spectrometry135-Cs137-Csion cooling
Keywords (deu)
Beschleunigermassenspektrometrie135-Cs137-CsIonenkühlung
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1365869
Number of pages
89
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