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Bestimmung der Halbwertszeit des primordialen Isotops 147Sm

29.09.2008

Die Samarium-Neodym-Methode [1] spielt in der Geochronologie eine wichtige Rolle und wird zur Altersbestimmung von Meteoriten, Mondgesteinen sowie terrestrischen Gesteinen verwendet. Die Genauigkeit der Datierungen ist jedoch durch die Unsicherheit der Halbwertszeit des langlebigen 147Sm begrenzt. Die in [2] empfohlene Halbwertszeit beträgt 1.060(8)•1011 Jahre, eine aktuellere Messung ergab aber einen Wert von 1.17(2)•1011 Jahren [3], der hiervon deutlich abweicht.

Um die bestehenden Diskrepanzen aufzulösen und die Unsicherheit der Halbwertszeit zu reduzieren, hat die PTB in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Radiochemie der Technischen Universität München die Halbwertszeit experimentell bestimmt. Misst man bei bekannter Anzahl von 147Sm-Kernen in der Probe deren Aktivität, so lässt sich hieraus direkt die Halbwertszeit berechnen. Hierzu wurde in München eine Lösung vorbereitet, deren Samariumgehalt durch ICP-OES-Messungen ermittelt wurde. Um die Rückführbarkeit zu gewährleisten, wurde dabei ein NIST-Standard als Referenz verwendet. Die Isotopenzusammensetzung des natürlichen Materials wurde durch ICP-MS-Messungen kontrolliert.

In der PTB wurden mit dem Material Aktivitätsmessungen durchgeführt. Dazu wurde die Flüssigszintillationszählung eingesetzt. Durch umfangreiche Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Nachweiswahrscheinlichkeit der relativ niederenergetischen Alpha-Teilchen des 147Sm bei 100 % liegt.

Durch Kombination der Messergebnisse kann schließlich die Halbwertszeit bestimmt werden. Als vorläufiges Ergebnis ergibt sich eine Halbwertszeit von 1.070(9)•1011 Jahren. Die relative Standardunsicherheit ist damit deutlich kleiner als in früheren Arbeiten. Da das Ergebnis auf Normale nationaler Metrologie-Institute zurückgeführt werden kann, kann eine längere Halbwertszeit wie in [3] angegeben, mit Sicherheit ausgeschlossen werden.

Das Programm der PTB zur Bestimmung langer Halbwertszeiten soll mit weiteren Radionukliden fortgesetzt werden. Im Herbst 2008 wurden Messungen mit 176Lu begonnen, die ebenfalls in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität in München erfolgen.

Literatur

  1. Lugmair, G.W. Sm-Nd ages:
    A new dating method.
    Meteoritics 9, (1974) 369.
  2. Lugmair, G.W. and Marti, K.:
    Lunar initial 143Nd/144Nd: Differential evolution of the lunar crust and mantle.
    Earth Planet. Sci. Lett. 39 (1978) 349-357
  3. Kinoshita, N., Yokoyama, A., Nakanashi, T.:
    Half-life of Samarium-147.
    J. Nucl. Radiochem. Sci. 4 (2003) 5-7.