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Das Leibniz-Labor ist mit einem 3 Millionen Volt Tandetron 4130 Beschleuniger-Massenspektrometer (AMS) der Firma High Voltage Engineering ausgestattet, das für die Messung von 14C ausgelegt ist. Die Beschleunigeranlage verfügt über eine Einzel-Caesium Sputter-Ionenquelle. Der Aufbau der Anlage ist schematisch in der Abbildung unten dargestellt.
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Das besondere Merkmal dieser AMS Anlage ist die gleichzeitige Beschleunigung und Messung aller drei Kohlenstoffisotope (12C, 13C, 14C). Dieses wird durch ein Separator-Rekombinator Magnetsystem ermöglicht, das auf mechanische Weise die Intensität des 12C Stroms verringert (durch einen sogenannten „chopper“). |
Die AMS Technik ist eine Erweiterung der konventionellen Isotopen-Massenspektrometrie bei der ein magnetisches Feld zur Auftrennung von ionisierten Isotopen aufgrund ihrer Masseunterschiede genutzt wird. Diese können dann separat quantifiziert werden. Die geringe natürliche Häufigkeit von 14C (ein 14C-Atom je 1012 bis 1015 12C-Atome) verhindert jedoch den Einsatz von konventionellen Massenspektrometern, da störende Ionen mit der gleichen Masse (14N und molekulare Framente wie 12CH2, 13CH, ...) eliminiert werden müssen.
14C kann mit Hilfe eines Beschleuniger-Massenspektrometers direkt
gemessen werden. Der Kohlenstoff der
Probe wird hierzu in Graphit umgewandelt, der in der Ionenquelle mit
Cäsium-Ionen beschossen wird. Hierdurch werden einfach, negativ geladene
Kohlenstoffionen erzeugt und in das Beschleunigersystem extrahiert. Da 14N
kein stabiles, negatives Ion bilden kann, wird dieses in der Ionenquelle
diskriminiert. Nach Selektion der Massen 12, 13 und 14 und
Beschleunigung auf 2,5 Millionen Elektronvolt (MeV) werden zum anderen molekulare Fragmente mit der Masse
14 durch Umladung der Kohlenstoffisotope zerstört (durch Entfernung von
Elektronen mit Hilfe eines Gas-"strippers"). Durch wiederholte magnetische und
elektrostatische Filterung werden störende Ionen bis zu einem Maß reduziert, das
die Messung von 14C ermöglicht.
Die Symbole bezeichnen: L eine Linse, Y-S ein
Strahlsteuerelement, XY-S zwei Strahlsteuerelemente
(horizontal und vertikal),
BPM ein 'beam profile monitor', FC 'faraday cups', SL vertikale 'slits' und A eine Apertur (Zeichnung von M.-J. Nadeau)
