Untersuchung der Zusammensetzung einer U-233 Quelle, für eine neue Generation optischer Atomuhren auf der Basis eines Th-229-Kernübergangs, per Alpha-Spektrometrie

Für die Entwicklung einer neuen Generation von optischen Atomuhren mit noch geringeren Unsicherheiten in der Abteilung 4 wird eine Quelle von Th‑229 Ionen benötigt. Eine Möglichkeit Th‑229 Ionen zu produzieren, ist diese als Rückstoßionen aus dem Alpha‑Zerfall des U‑233 zu gewinnen. Eine erste Analyse einer am Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg‑Universität Mainz hergestellten Quelle erfolgte per Alpha‑Spektrometrie unter definiertem Raumwinkel. Dabei wird untersucht, ob sich außer U‑233 weitere radioaktive (α‑emittierende) Isotope in der Quelle befinden. Diese Isotope stellen aufgrund ihres α‑Zerfalls und des damit verbundenen Rückstoßes der Tochterisotope eine Quelle weitere Nuklide dar, was wiederum eine Quelle für einen erhöhten Untergrund bei der Separation des Th‑229 für die weiteren Experimente darstellt.

An der Universität in Mainz wurde U‑233 elektrolytisch auf einem titanbeschichteten Siliziumwafer abgeschieden. Der Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 30 mm und einem Loch von 6 mm Durchmesser in der Mitte wurde in der PTB mit Hilfe von Alphaspektrometrie unter definiertem Raumwinkel und in der Gammaspektrometrie vermessen. Dafür wurde auch eine Autoradiographie der Quelle erstellt (Abbildung 1).

Abb. 1: Autoradiographie der U‑233‑Quelle mit 30 mm Durchmesser und einem Loch in der Mitte auf einem Ti beschichteten Si‑Wafer. Die Aktivitätsskala läuft von grün (Untergrund) über gelb bis rot (höchste Aktivität). Die Autoradiographie ist notwendig, um die Geometriekorrekturfaktoren für die Alphaspektrometrie, dieser speziellen Quelle, unter definiertem Raumwinkel auswerten zu können.

Aus der Impulshöhenverteilung des gemessenen Spektrums wurde durch Minimierung der Abweichung der Einzellinien unter Berücksichtigung der Kerndaten die identifizierten Nuklide sowie deren Aktivität bestimmt. Abgesehen von den Linien des U‑233 sind die Linien des ersten Folgeproduktes Th‑229 zu finden. Als Verunreinigungen identifiziert wurden U‑232 und seine Folgeprodukte, wie Th‑228 und Ra‑224 bis hin zum Po‑212.

Unter den weiteren bereits detektierten Verunreinigungen sind verschiedene Plutoniumisotope wie Pu‑238, Pu‑240 und Pu‑242. Diese Isotope konnten mit der gammaspektrometrischen Messung dieser Quelle bestätigt werden.

Ansprechpartner:

A. Honig, Fachbereich 6.1, Arbeitsgruppe 6.13

S. Röttger, Fachbereich 6.1, Arbeitsgruppe 6.13

G.-A. Zitzer, Fachbereich 4.4, Arbeitsgruppe 4.44