Authors:	Götz, Stefan Alexander William
Advisor:	Düllmann, Christoph E.
Title:	Characterization and modification of a buffer-gas-cell for rapid extraction of short-lived isotopes for use in gas-phase chemistry experiments at TASCA
Online publication date:	30-Mar-2022
Year of first publication:	2022
Language:	german
Abstract:	Die Anwendung von effizienten, gasgefüllten Thermalisationskammern sind die am häufigsten verwendeten Schnittstellen für eine Vielzahl von anspruchsvollen chemischen Experimenten mit superschweren Elementen. Sie können direkt hinter dem Target oder alternativ hinter einem Rückstoßseparator installiert werden. Trotz Limitierungen dieser auf Gasfluss basierten Überführung der thermalisierten Reaktionsprodukte von der Gas-Stopp-Zelle hin zum chemischen Experiment, finden sie aufgrund ihrer hohen Extraktionseffizienz eine breite Anwendung. Die flussratenabhängige Extraktionsgeschwindigkeit limitiert bisher ein Zugang zu Nukliden mit einer Halbwertszeit von kleiner als etwa einer Sekunde. Der neuartige Ansatz in dieser Arbeit präsentiert eine schnelle Extrakion mit einer Extraktionszeit von einigen zehn ms und den ersten erfolgreichen Transport von nicht flüchtigen Elemente wie beispielsweise Francium (Fr) hin zur Detektoreinheit. Hierfür wurde zum ersten Mal eine Gas-Stopp-Zelle mit überlagerten elektrischen Feldern (Gleichstrom und Hochfrequenz) mit dem Gasphasenchromatographieaufbau COMPACT gekoppelt. Hierfür wurde eine Weiterentwicklung des bekannten COMPACT-Detektors, dem sogenannten miniCOMPACT-Detektor, eingeführt, womit die effiziente Kopplung zur schnellen Extraktion von nicht-flüchtigen Elementen gelang. Die erzielte Extraktionszeit von unter 55 ms ist fast um einen Faktor zehn schneller als mit bisherigen auf Gasfluss basierten Überführungstechniken bei vergleichbaren Extraktionseffizienzen. Zusätzlich wurde die Gas-Stopp-Zelle bezüglich ihrer Extraktionseffizienz und Extraktionsgeschwindigkeit ausführlich mit etablierten Methoden charakterisiert. Hierfür kamen Ra-223- und Ac-225-Rückstoßionenquellen, welche Rn-219 und Fr-221 lieferten, zum Einsatz. Darüber hinaus wurde die neuartige Kopplung dieses Systems bestehend aus dem weiterentwickelten miniCOMPACT und der Gas-Stopp-Zell mit überlagerten elektrischen Feldern erfolgreich in On-line Experimenten mit Hg-, Fr- und At-Isotopen charakterisiert. Diese Experimente erlaubten die chemische Studie von kurzlebigen alpha-zerfallenden Radioisotopen in Ar-40- und Ca-48-induzierten Fusionsreaktionen. Im Rahmen dieser Studien konnten Extraktionseffizienzen von mehr als 23% erreicht werden, welche in der gleichen Größenordnung liegen wie für die Rückstoßionenquellen. Diese Arbeit bestätigt die Anwendbarkeit dieser neuartigen Kopplung im Bereich der schwersten Elemente unter den erschwerten Bedingungen der geringen Produktionsraten und der kurzen Halbwertszeit. Sie ebnet somit den Weg für chemische Experimente jenseits von Flerovium, welches das derzeit schwerste für chemische Experimente zugängliche Element ist.
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-6828
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-7fadf45e-d7f0-4284-a9a7-2d1f26d456c88
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	XIV, 144 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen