Laser soll unerwünschten Partikeln ihre überschüssigen Elektronen rauben und sie damit neutralisieren
Wien - Will man Proben mit Hilfe eines
Beschleuniger-Massenspektrometers (AMS) untersuchen, etwa mit Hilfe der C14-Methode, muss man sicherstellen, dass die Ergebnisse nicht durch andere
Teilchen mit ähnlicher Masse beeinflusst werden. Wiener Physiker haben nun einen neuen Ansatz entwickelt um dies zu verhindern. Mit Hilfe von Laserlicht soll den unerwünschten
Teilchen ihre überschüssigen Elektronen geraubt und damit die Messung der
gesuchten Teilchen ermöglicht werden.
Weltweit gibt es nur rund 100 AMS-Anlagen, wo vor allem organische Proben mit
Hilfe der C14-Methode datiert werden. Anhand der Konzentration des
Kohlenstoffisotops C14 kann das Alter eines organischen Materials bestimmt
werden. Die österreichische AMS-Anlage, der Vienna Environmental Research
Accelerator (VERA), befindet sich an der Universität Wien.
Beim Kohlenstoff funktioniert diese Analysemethode sehr gut, da andere
Elemente keine negativ geladenen Teilchen ähnlicher Masse bilden. Schwierig
werde es aber, wenn die Forscher Proben untersuchen, in denen unterschiedliche
Teilchen mit fast gleicher Masse vorkommen und dadurch die Messung seltener
Partikel unmöglich gemacht wird, wie Oliver Forstner vom Fachbereich
Isotopenforschung der Universität Wien erklärt.
Die Analysemethode "baut darauf auf, dass man negative Ionen nimmt, sie dann
in einem Beschleuniger zu positiven Ionen umlädt und dann misst", so Forstner.
Könnte man die ebenfalls negativ geladenen unerwünschten Teilchen vor diesem
Vorgang neutralisieren, würden sie das Messergebnis nicht mehr beeinflussen.
Neutralität per Laser
Hier kommen den Wissenschaftern neue Erkenntnisse von Forschern der
Universität Göteborg (Schweden) zugute. Diese untersuchten laut Forstner die
Wechselwirkungen von Laserphotonen mit negativ geladenen Ionen. Bestrahlt man
die Ionen mit Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge, geben sie ihr
überschüssiges Elektron ab und werden zu Partikeln mit neutraler Ladung.
Das könne man "gezielt ausnutzen", so Forstner, wenn man das Energieniveau
des Lasers so einstellen könnte, dass nur die unerwünschten Teilchen
neutralisiert werden. Die Forscher arbeiten im Rahmen eines vom
Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekts zusammen mit Kollegen aus Schweden
und den USA nun daran, die richtigen Schwellenwerte für die verschiedenen
Teilchen zu bestimmen. Diese Erkenntnisse sollen dann für die Verbesserung der
Analysemethode AMS genutzt werden.
Ionen in der Falle
Um ihre Annahmen zu überprüfen, sind die Wiener Physiker nun mit dem Aufbau
eines Messstands beschäftigt. Um die Effizienz der Methode zu erhöhen, müssen
sich die Ionen lange genug im Laserstrahl aufhalten, um genügend Zeit zur
Wechselwirkung zu haben. Deshalb wollen die Forscher sie in einer sogenannten
Radiofrequenzfalle speichern. Wenn die nötige Effizienz erreicht wird, würde die
Anlage mit einem Massenspektrometer verbunden, "um in realen Anwendungen zu
zeigen, dass das auch wirklich funktioniert", so Forstner.
Dadurch könnte es möglich werden, seltene Teilchen zu untersuchen, die bisher
nur in sehr großen Anlagen oder gar nicht untersucht werden können. Ein solches
Teilchen wäre zum Beispiel das Isotop Eisen-60, das bei der Explosion von
Sternen entsteht. Mit einem Nachweis dieses Isotops auf der Erde, könnte man
erdnahe Sternenexplosionen belegen. Bisher konnte Eisen-60 allerdings erst
einmal nachgewiesen werden. Bis April 2013 wollen die Forscher zeigen, ob der
Ansatz auch hält was er verspricht. (APA, red)
