KIP-Veröffentlichungen

 
Jahr 2012
Autor(en) Joachim Welte
Titel Atom Trap Trace Analysis of 39Ar
KIP-Nummer HD-KIP 12-55
KIP-Gruppe(n) F22
Dokumentart Dissertation
Keywords atom trap trace analysis, argon-39, 39Ar, Ar-39, single atom detection, fluorescence, magneto optical trap, hyperfine structure, laser cooling, metastable atoms, plasma, atomic beam apparatus, atomic beam machine
Abstract (de)

Entwurf und Umsetzung eines Systems zum Einzelatomnachweis von Argon-39
Der Nachweis von 39Ar in natürlichen Wasserproben kann zur radiometrischen Altersbestimmung auf Zeitskalen von 50 bis 1000 Jahren vor heute verwendet werden [1]. Diese experimentelle Forschungsarbeit stellt den Aufbau einer Atomstrahl- und Fallenapparatur vor, welche 39Ar-Atome mittels der laserkühlungsbasierten Methode “Atom Trap Trace Analysis” ([2]) einfängt und nachweist. Auf diese Art könnten die bestehenden Beschränkungen des indirekten Nachweises über Zerfallsprodukte (“low-level counting”, [3]) bezüglich Probengröße und Messdauer aufgehoben werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Hyperfeinstrukturspektrum des Kühlübergangs 1s5-2p9 experimentell bestimmt. Desweiteren wurde ein optisch kollimierter, hochintensiver Strahl kalter metatabiler Argonatome erzeugt und der Nachweis einzelner 39Ar-Atome über Fluoreszenzmessung realisiert.
Bislang wurden 39Ar-Zählraten von 1 Atom in ungefähr 4 Stunden für atmosphärisches Argon erreicht. Neueste Verbesserungen deuten außerdem darauf hin, dass Zählraten von 1 Atom/h möglich sind.

Abstract (en)

Design and realization of a detection system for single argon-39 atoms
Detection of 39Ar in natural water samples can be employed for radiometric dating on a timescale of 50 to 1000 years before present [1]. This experimental work comprises the setup of an atomic beam and trap apparatus that captures and detects 39Ar atoms by the laser-cooling technique “Atom Trap Trace Analysis” ([2]). With this approach, the limitations of low-level counting [3], regarding sample size and measurement time, could
be overcome.
In the course of this work, the hyperfine structure spectrum of the cooling transition 1s5-2p9 has been experimentally determined. A high intensity, optically collimated beam of slow metastable argon atoms has been set up and fluorescence detection of individual 39Ar atoms in a magneto-optical trap is realized.
39Ar count rates of 1 atom in about 4 hours have been achieved for atmospheric argon. Recent improvements further suggest that even higher count rates of 1 atom/hour are within reach.

Datei Thesis_Joachim_Welte
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