CologneAMS

CologneAMS ist das Zentrum für Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) an der Universität zu Köln. Am Institut für Kernphysik ↗ ermöglicht ein elektrostatischer 6 MV TANDETRON-Beschleuniger seit Ende 2011 die hochsensitive Analyse langlebiger radioaktiver Nuklide.

Die Anlage wird für präzise Datierungen und geochemisches „Fingerprinting“ eingesetzt. Entsprechende Anwendungen reichen von den Erd- und Meereswissenschaften über Archäologie und Hydrologie bis hin zu Astrophysik, Biochemie und Biomedizin.

Datierungsmethoden und Probenvorbereitung

Die Probenpräparation erfolgt in den Laboren des Instituts für Geologie und Mineralogie. Dabei ist CologneAMS in ein breiteres Methodenspektrum eingebunden, welches unter anderem Radiokarbondatierung (¹⁴C) ↗, die Analyse kosmogener Nuklide (¹⁰Be, ²⁶Al, ³⁶Cl, ⁴¹Ca, ¹²⁹I) ↗, Lumineszenzdatierung ↗ und Dendrochronologie ↗ umfasst. Darüber hinaus können auch schwere Nuklide wie ²³⁹Pu und ²⁴⁴Pu gemessen werden.

Anlage und Entwicklung

Das Beschleuniger-Massenspektrometer wurde von High Voltage Engineering Europe (HVEE), Amersfoort, Niederlande, gebaut, getestet und 2010 im Institut für Kernphysik installiert. Nach erfolgreicher Abnahme wurde CologneAMS 2011 eingeweiht, woraufhin Ende desselben Jahres der Routinebetrieb für ¹⁴C-Messungen begann. 2012 wurde das Messspektrum zunächst um die Nuklide ¹⁰Be und ²⁶Al erweitert. In den darauffolgenden Jahren kamen ³⁶Cl, ⁴¹Ca, ¹²⁹I, sowie ²³⁹Pu und ²⁴⁴Pu hinzu.

Die Anlage wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Universität zu Köln finanziert um die Messmöglichkeiten auf dem Gebiet der Beschleuniger-Massenspektrometrie in Deutschland zu verbessern. Zusätzliche Mittel für Erweiterung und Ausbau stellte das Deutsche GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) im Rahmen eines Kooperationsvertrags bereit. CologneAMS steht sowohl Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität zu Köln als auch externen Nutzerinnen und Nutzern offen.

Technischer Aufbau

1.1. Ionenquelle Die Ionenquelle erzeugt aus dem Probenmaterial negative Ionen für die Messung.

1.2. CO₂-Injektor Der CO₂-Injektor ermöglicht es bis zu 16 gasförmige Proben in die Ionenquelle einzuleiten.

2. ALIS ALIS (Anion Laser Isobar Separator) nutzt Laserspektroskopie zur selektiven Unterdrückung störender Isobaren. Dabei verlangsamt ein Ionenkühler den Ionenstrahl, und erhöht so die Wechselwirkungszeit zwischen Laser und Isobaren.

3. Vorseparation In der Vorseparation wird der Ionenstrahl mit einem elektrostatischen Analysator mit 54° Ablenkwinkel und einem 90°-Schaltmagneten nach Energie und Masse vorgefiltert.

4. Beschleuniger und Stripping Im TANDETRON-Beschleuniger werden negative Ionen zunächst zur positiven Hochspannung hin beschleunigt. Im Gas- oder Folienstripper werden Moleküle zerstört und Elektronen entfernt, sodass positive Ionen entstehen. Diese werden anschließend von der positiven Hochspannung abgestoßen und dadurch ein zweites Mal beschleunigt.

5. Hauptseparation In der Hauptseparation wird der Ionenstrahl mit einem 90°-Analysiermagneten nach Masse und Ladungszustand getrennt, um die gewünschten Isotope zu selektieren.

6.1. Detektion Stabile Isotope werden mit Offset-Faraday-Cups gemessen, wobei die Intensität der Ionenstrahlen als elektrischer Strom erfasst wird.

6.2. Detektion Seltene, bzw. instabile Isotope werden mit einem Gas-Ionisationsdetektor gemessen. Eine zusätzliche Isobarenunterdrückung, z.B. mithilfe von Folien, reduziert Interferenzen, etwa ¹⁰B bei der Messung von ¹⁰Be.

Präzision und Nachweisgrenzen

Isotopenverhältnis	Erreichte Präzision	Nachweisgrenze
¹⁰Be/⁹Be	Ca. 3 %	10^-12
¹⁴C/¹²C	0.35 %	10^-12
²⁶Al/²⁷Al	Ca. 3 %	10^-12
³⁶Cl/³⁵Cl	Ca. 3 %	10^-12
²⁴²Pu/²³⁹Pu	2 - 3 %	1
CO₂ ¹⁴C/¹²C	Ca. 1%	10^-12

Ansprechpartner

Leiter der AG AMS Operation; Sprecher CologneAMS

Prof. Dr. Dennis Mücher
+49 221 470 3460
muecher(at)ikp.uni-koeln.de

AMS Operation

Dr. Stefan Heinze
+49 221 470 3638
heinze(at)ikp.uni-koeln.de

AMS Operation

Dr. Markus Schiffer
+49 221 470 4135
mschiffer(at)ikp.uni-koeln.de

Informationen zu den einzelnen Datierungsmethoden sowie zum Einsenden von Proben finden Sie auf den jeweiligen Methodenseiten.

Quicklinks