Ultraspurenanalyse mittels RIMS

RIMS steht für Resonanzionisationsmassenspektroskopie. Dieses Verfahrne wird von einer Kollaboration der Arbeitsgruppe EXAKT des Instituts für Physik mit dem Institut für Kernchemie (N. Trautmann, J.V. Kratz) zur Ultraspurenanalyse der Elemente Ca, Sr, Tc, Gd, U, Np, Pu, Am, Cm eingesetzt und zur Präzisionsbestimmung der ersten Ionisierungsenergien der Actiniden bis zum Einsteinium.

RIMS beruht auf einer mehrstufigen, resonanten optischen Anregung der genannten Elemente, wobei il letzten Anregungsschritt ionisiert wird. Die ionen werden elektrostatisch beschleunigt und in einem Flugzeitmassenspektrometer nachgewiesen. Die dabei erreichten Empfindlichkeiten (107) Atome sind z.B. fü Plutonium-239 um zwei Größenordnungen niedriger als bei der Bestimmung durch a-Spektroskopie.

Das System besteht aus zwei gepulsten, hochrepetierenden Kupferdampf-Lasern, die drei Farbstofflaser pumpen. Das Licht von (in der Regel) drei verschiedenen Wellenlängen wird in den atomaren Dampf des zu untersuchenden Elements eingestrahlt, der von einem erhitzten Filament abgedampft wird. Die Methode ist isotopenselektiv und kann so z.B. die Isotopenzusammensetzung von Plutoniumproben bestimmen und dabei zwischen Waffen-Plutonium (fast reines 239Pu) und Plutonium aus einem Leistungsreaktor (238Pu-242Pu mit Häufigkeiten, die den Abbrand der Brennelemente widerspiegeln) unterscheiden.

Untersucht werden Bodenproben, Hausstaub, Luftfilter, Meerwasserproben, Urin etc. Offensichtlich besteht ein großer Bedarf an solchen Daten, und es werden von verschiedenen Seiten Aufträge an uns herangetragen.

Zur Zeit wird ein Festkörper-Lasersystem aufgebaut und der Routine zugeführt, das aus einem Nd:YAG-Laser besteht, der drei Titan-Saphir-Laser pumpt. Dieses System zeichnet sich durch seine deutlich vergrößerte Kompaktheit aus, durch den viel geringeren Aufwand an Wartung und Instandhaltung und die einfachere Handhabung. Die nächste Entwicklungsstufe zielt ab auf eine noch kompaktere "Knopdruckapparatur", die mit Diodenlasern und einem Quadrupolmassenspektrometer arbeitet. Diese Apparatur soll ggf. in Zusammenarbeit mit Industriepartnern kommerziell verfügbar gemacht werden.

Literatur:

S. Köhler, N. Erdmann, M. Nunnemann, G. Hermann, G. Huber, J.V.Kratz, G. Passler, N. Trautmann, "First Experimental Determination of the Ionization Potentials of Berkelium and Californium", Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35, 2856 (1996)
N. Erdmann, G. Hermann, G. Huber, S. Köhler, J.V.Kratz, A. Mansel, M. Nunnemann, G. Passler, N. Trautmann, A. Turchin, A. Waldek, "Resonance Ionization Mass spectrometry for Trace Determination of Plutonium in Environmental Samples", Fresenius J. Anal. Chem 359, 378 (1998)


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