Kalorimetrische Tieftemperaturdetektoren für Schwerionen und ihr erster Einsatz in der Beschleuniger-Massenspektrometrie
Saskia Kraft (Institut für Physik)

Beschleunigermassenspektrometrie (AMS) ist eine etablierte Methode zur Bestimmung von sehr kleinen Isotopenverhältnissen mit hoher Präzision. Eine Limitierung der erreichbaren Präzision und damit Sensitivität, insbesondere für sehr schwere Ionen wie Uran und Plutonium, stellt jedoch die erreichbare Energieauflösung und Detektionseffizienz konventioneller Detektionssysteme dar.
Kalorimetrische Tieftemperatur-Detektoren weisen Energie nicht - wie konventionelle Detektoren - über Ladungserzeugung nach, sondern über die Umwandlung der Energie in Wärme (Detektion von Phononen). Das einfallende Ion deponiert dabei seine Energie in einem Saphirabsorber, dessen Temperaturänderung DT mit einer supraleitenden Aluminium-Mäanderstruktur als temperaturabhängigem Widerstand nachgewiesen wird. Systematische Untersuchungen des Detektorverhaltens bei Bestrahlung mit niederenergetischen Schwerionen, die im Energiebereich E < 1 MeV/amu für verschiedene Ionen durchgeführt wurden, ergaben eine relative Energieauflösung von Delta E/E = 5 - 7 x 10^-3, eine Größenordnung besser als mit konventionellen Detektoren.
Die erreichte Energieauflösung zusammen mit einer exzellenten Linearität der Detektor-Response-Funktion ermöglichten es, solche Detektoren zum ersten Mal in einem AMS-Experiment einzusetzen. Ziel des Experiments war die präzise Bestimmung des Isotopenverhältnisses von 236U zu 238U in mehreren Proben aus natürlichem Uran. 236U wird durch Neutroneneinfang aus 235U gebildet und ist daher ein Monitornuklid für Neutronenflüsse, insbesondere auch für geologische Zeitskalen.
In dem Vortrag werden die Ergebnisse der systematischen Untersuchungen sowie die Ergebnisse des AMS-Experimentes vorgestellt und Perspektiven für zukünftige Einsatzmöglichkeiten diskutiert.