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AMS C14-Labor
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Ihr Auftrag
Die Beschleuniger-Massenspektrometrie kurz AMS (Accelerator Mass Spectrometry) ist eine physikalische Methode zur Messung extrem seltener Isotope die Ende der 1970er Jahre entwickelt wurde.
AMS „Durch diese Entwicklung wird die benötigte Kohlenstoffmenge auf 1 mg reduziert und die eigentliche Messdauer auf ca. 30 Minuten drastisch gesenkt.”
In einer AMS-Anlage mißt man direkt das Verhältnis der verschiedenen Kohlenstoffisotope 14C, 13C und 12C. Dazu verwendet man eine Massenspektrometeranlage und zusätzlich einen Beschleuniger, um störende molekulare Teilchen, wie zum Beispiel 13CH und 14N abzutrennen.
Aufbau einer AMS-Anlage
AMS-Anlage
Ionenquelle
In der Sputterquelle werden durch Oberflächenionisation erzeugte Cäsium-Ionen auf die zu untersuchende Probe geschossen. Dabei entstehen unter anderem negative Ionen des Probenmaterials (z.B. Kohlenstoff). Da die Quelle selbst auf einem negativen Potential von
–52,5 kV liegt werden diese Ionen wegbeschleunigt.

E-Feld 90°
Im ersten elektrostatischen Sektorfeld findet eine Energieselektion der erzeugten Ionen statt. Ionen, die nicht in der Inonenquelle erzeugt wurden, werden abgetrennt.

Magnet 90°
Eine Auftrennung der verschiedenen Isotope nach ihrer Masse und elektrischen Ladung erfolgt im 90°-Analysiermagnet. Um quasi-simultan eine Messung der verschiedenen gesuchten Isotope (z.B.14C, 13C und 12C) durchführen zu können, wird an die elektrisch isolierte Vakuumkammer des Magneten gepulst eine Hochspannung angelegt. Durch diese zeitweise Energieänderung der Ionen ist es möglich, schnell zwischen den drei verschiedenen Isotopen umzuschalten.

Tandembeschleuniger
Die in den Tandembeschleuniger eintretenden einfach negativ geladenen Ionen werden durch eine positive Spannung von max. +6 MV zur Tandemmitte hinbeschleunigt. Die Teilchen treffen dort auf eine dünne Kohlenstoffolie. Hier werden die negativen Ionen durch teilweises Abstreifen der Hüllenelektronen umgeladen, so daß positiv geladene Kohlenstoffionen entstehen. Molekulare Teilchen brechen dabei auf und werden später aus dem Ionenstrahl abgelenkt. Die nun positiv geladenen Kohlenstoffionen werden von der Tandemmitte wegbeschleunigt und treten aus dem Beschleuniger aus (zweifache Beschleunigung = Tandem).

E-Feld 15°
Die Ionen werden in einem elektrostatischen 15°-Plattenkondensator nach ihrem Ladungszustand ausgewählt. Im Tandembeschleuniger aufgebrochene molekulare Teilchen werden hier ebenfalls abgetrennt.

Magnet 55°
Im 55°- Magnet werden die verbliebenen Teilchen wiederum nach ihren Massen (12,13, bzw 14) getrennt.

Ionendetektor
Der Nachweis des gesuchten seltenen Isotops 14C erfolgt in einem Gasionisatiosdetektor. Die eingeschossenen Teilchen verlieren hier ihre kinetische Energie durch Ionisation des Zählergases. Durch die Messung des Gesamtenergieverlustes E und des sogenannten differentiellen Energieverlustes dE kann ein 14C-Teilchen von zufälligen Untergrundteilchen unterschieden werden.

Faradaycups
Aufgrund des gepulsten Betriebs des 90°-Magnets, werden neben dem gesuchten 14C auch die Kohlenstoffisotope 13C und 12C kurzzeitig in die Strahlrohrstrecke mit eingeschossen. Diese Ionen werden in sogenannten Faradaycups (nichts anderes als kleine nach vorne offene ‚Blechdosen‘) aufgefangen und als Ladungsstrom elektronisch gemessen. Mit dieser Strominformation kann zusätzlich die Beschleunigerspannung stabilisiert werden.

Datenaufnahme
Die Anzahl der im Detektor registrierten 14C-Ionen im Verhältnis zu den Ionenströmen der häufigen Kohlenstoffisotope 13C und 12C in den Faradaycups bilden die Grundlage für die Datenaufnahme. Nach einigen Korrekturrechnungen läßt sich somit die 14C-Isotopenkonzentration in der Probe bestimmen.