Authors:	Grund, Jessica
Title:	Online coupling of TRIGA-TRAP to the research reactor TRIGA Mainz
Online publication date:	29-Jul-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	Penning traps are versatile tools to gain knowledge about ground state properties of nuclides through high-precision measurements of their atomic masses. They can be used to refine theoretical mass models, thereby contributing to the understanding of nucleosynthesis. The aim of this work was to couple the double-Penning-trap mass-spectrometry setup TRIGA-TRAP to the research reactor TRIGA Mainz to enable mass measurements of short-lived, neutron-rich nuclides produced by neutron induced fission of U-235. These radio nuclides are transported by an aerosol-based gas-jet system and have to be subsequently ionized. For this, a surface ion source was designed and implemented. It enabled a reliable operation at temperatures above 2000 °C and yielded good ionization efficiencies for alkaline metals. The gas-jet was equipped with monitoring devices, which allowed gaining insight into the dependence of its performance as a function of the pressure inside the target chamber. Several beam diagnostics stations were installed along the beamline for extended characterization and optimization studies of individual components. Ion beams of fission products were generated, mass separated and transformed into ion bunches inside a gas-filled radio frequency quadrupole. The subsequent deceleration from 30 keV to 1.1 keV enabled the injection of radio nuclides into the first Penning trap. Four different short-lived ion species were identified through mass measurements by resonant buffer gas cooling inside this trap. The obtained masses agree with those of the AME2016 within their uncertainties. This dataset is the first obtained for short-lived nuclides at TRIGA-TRAP and confirms the successful transport of fission products from the target to the Penning trap, thereby finalizing the commissioning of TRIGA-TRAP. Penningfallen sind vielseitige Werkzeuge um durch Hochpräzisionsmessungen der atomaren Masse Wissen über Grundzustandseigenschaften von Atomkernen zu erlangen. Diese können zur Verfeinerung von theoretischen Kernmassenmodellen verwendet werden und tragen dadurch zum Verständnis der Nukleosynthese bei. Das Ziel dieser Arbeit war die Ankopplung des Doppel-Penningfallen-Massenspektrometrie-Aufbaus TRIGA-TRAP an den Forschungsreaktor TRIGA Mainz, um dadurch Massenmessungen von kurzlebigen, neutronenreichen Atomkernen zu er-möglichen, die durch neutroneninduzierte Spaltung von U-235 produziert werden. Diese Radionuklide werden mit Hilfe eines aerosolbeladenenen Gasjet-Systems transportiert und anschließend ionisiert. Dafür wurde eine Oberflächenionenquelle konzipiert und implementiert. Diese ermöglichte einen zuverlässigen Betrieb bei Temperaturen von über 2000 °C und ergab gute Ionisationseffizienzen für Alkalimetalle. Der Gasjet wurde mit Überwachungseinheiten ausgestattet, die Einblicke über den Zusammenhang zwischen dem Verhalten des Gasjets und dem Druck in der Targetkammer lieferten. Mehrere Strahldiagnostikstationen wurden entlang der Strahlstrecke installiert, um ausführliche Charakterisierungen und Optimierungen von einzelnen Komponenten zu ermöglichen. Ionenstrahlen aus Spaltprodukten wurden erzeugt, massensepariert und in einem gasgefüllten Radiofrequenz-Quadrupol zu Ionenbündeln transformiert. Die anschließende Abbremsung der Ionen von 30 keV auf 1.1 keV ermöglichte die Injektion von Radionukliden in die erste Penningfalle. Vier verschiedene kurzlebige Ionenspezies wurden mittels Massenmessung über resonante Puffergas-Kühlung in dieser Falle identifiziert. Die erhaltenen Massen stimmen im Rahmen der Fehler mit denen der AME2016 überein. Dieser Datensatz ist der erste, der bei TRIGA-TRAP von kurzlebigen Radionukliden aufgenommen wurde. Er bestätigt den erfolgreichen Transport von Spaltprodukten aus dem Target zur Penningfalle und schließt damit die Inbetriebnahme von TRIGA-TRAP ab.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2171
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000021627
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	123 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen