KIP-Veröffentlichungen

Ein tieferes Verständnis für hydrologische Systeme erfordert die Auflösung von Zeitskalen, was durch die Untersuchung radioisotopischer Spurenstoffe erreicht werden kann. Argon Trap Trace Analysis bietet eine Technologie zum Nachweis des sehr seltenen Isotops 39Ar durch Einzelatomzählung. Aufgrund seiner Halbwertszeit von 268(8) Jahren schließt dieses Isotop eine für andere Spurenstoffe nicht auflösbare Lücke in den Datierungsmöglichkeiten und ermöglicht somit eine Routineanwendung für Umweltstudien. Die Messgenauigkeit korreliert direkt mit der Zählrate von metastabilem 39Ar, die unter anderem durch Kollisionen mit dem Hintergrundgas begrenzt wird, welche zur Deexitation der gestreuten Atome führen. Dementsprechend zeigen die Messungen eine Verringerung des metastabilen Flusses für höhere Drücke. Um eine Optimierung des Vakuumsystems im Hinblick auf weniger Streuung der Atome zu untersuchen, wurden Atomflussmessungen an zwei Positionen entlang der Strahlachse durchgeführt. Die Konfiguration des Vakuumsystems wurde zwischen einer Absorptionsspektroskopie und einer Messvorrichtung des absoluten Flusses in der Quell- bzw. Quench-Kammer variiert. Die Daten deuten auf eine mögliche Verbesserung durch den Austausch der bisherigen differentiellen Pumpstufe gegen einen weniger flusslimitierenden Aufbau hin, wodurch Druckspitzen entlang der Strahlachse vermieden werden können. Obwohl signifikante Unterschiede zwischen verschiedenen Konfigurationen beobachtet wurden, sind die zugrunde liegenden Prozesse noch nicht vollständig verstanden und geben den Ausblick auf weitere Verbesserungen des Modells. Da in dieser Arbeit nur der vordere Teil des Vakuumsystems untersucht wurde, sind künftige Arbeiten erforderlich, um die Auswirkungen auf das gesamte ArTTA-System zu ermitteln.

A deeper understanding of hydrological systems requires the resolution of time scales, which can be achieved by investigating radioisotope tracers. Argon Trap Trace Analysis provides a technology to detect the extremely rare isotope 39Ar by single atom counting. Due to its half-life of 268(8) years, this isotope bridges a gap in dating capabilities inaccessible to other tracers and finally enables a routine application for environmental studies. The measurement precision directly correlates with the count rate of metastable 39Ar, which is partly limited by collisions with background gas, causing deexitation of scattered atoms. Accordingly, measurements show a reduction in the metastable flux for higher pressures. In order to investigate optimization of the vacuum system towards less scattering of atoms, atom flux measurements were executed at two positions along the beam axis. Vacuum system configurations are varied in between an absorption spectroscopy and an absolute flux measurement in the source and quench chamber, respectively. The data indicates a possible improvement by exchanging the former differential pumping tube with a less flow restricting setup and thus avoiding pressure peaks along the beam axis. However, even though significant differences were observed for the different setups, the processes behind are not fully understood and a more complete model is yet to be determined. Having carried out this thesis with only the front part of the vacuum system, future work is needed to determine the effects on the whole ArTTA-apparatus