AMS-measurements of stable platinum isotopes in presolar nanodiamonds with the help of a negative-ion-injector for VERA
Creators
Description
The Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) is a universal facility for Accelerator Mass Spectrometry (AMS). VERA is based on a 3-MV tandemaccelerator and enables one to investigate isotope ratios down to 10-16 over the whole mass range of the elements. The main application is the measurement of long-lived radioisotopes of cosmogenic or anthropogenic origin (e.g. 10Be, 14C, 26Al, 36Cl, 41Ca, 129I, 236U, 244Pu). In principle it is also possible to detect stable isotopes of trace elements (Trace Element AMS: TEAMS). TEAMS is of particular interest with regard to so-called presolar grains in meteorites. Presolar grains contain trace elements whose isotope compositions differ substantially from those of our solar system. This points to a presolar origin of these grains. Among presolar grains, nanodiamonds are still poorly understood. They are composed of only a few thousand carbon atoms and contain platinum as one of the trace elements. There are still questions on their origin. E.g. were they 'doped' with the trace elements in the environment of a supernova? Which nucleosynthetic processes have taken place? Here the isotope signatures could deliver additional information. The aim of the present work was to establish conditions at VERA for the measurement of stable platinum isotopes in presolar nanodiamonds. The difficulty of such a measurement lies in the fact that trace analyses of stable Pt isotopes are only possible if the platinum background of the ion source is low. Hence, a new negative ion injector with a new sputtersource in which platinum was never used as a test material was build up at VERA. It was then possible to carry out Pt-isotope measurements in nanodiamonds for the first time. The sample material originates from the Allende-meteorite and was purified for nanodiamonds by the cosmochemistry group of the Max Planck Institute of Chemistry in Mainz. As a main result of the measurements it was possible to detect an access of the heaviest Pt isotope, 198Pt. This deviation is expected from certain nucleosynthetic models of supernova explosions. Starting with an overview on the presolar grain issue, the construction of the new negative ion injector and the realisation and the results of the measurement of stable Pt isotopes in nanodiamonds is described. Finally the astrophysical significance of the results is discussed. The experiences with this TEAMS pilot experiment allows one to conclude that such measurements at suitable AMS facilities can make an important contribution to the future understanding of the origin and history of presolar stardust. (author)
Availability note (English)
Available from Vienna University, Library and archive services, Universitaetsring 1, 1010 Vienna (AT)Abstract (German)
Der Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) ist eine universelle Anlage fuer Beschleunigermassenspektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry: AMS). VERA basiert auf einem 3 MV Tandembeschleuniger und ermoeglicht es Isotopenverhaeltnisse bis zu 10-16 ueber den gesamten Massenbereich der Elemente zu ermitteln. Das Hauptanwendungsgebiet ist die Messung von langlebigen Radioisotopen, die kosmogenen oder anthropogenen Ursprungs sind (z.B. 10Be, 14C, 26Al, 36Cl, 41Ca, 129I, 236U, 244Pu). Prinzipiell ist es auch moeglich stabile Isotope von Spurenelementen nachzuweisen (Trace Element AMS: TEAMS). TEAMS ist insbesondere fuer sogenannte praesolare Koerner in Meteoriten von Interesse. Praesolare Koerner enthalten Spurenelemente, deren Isotopenzusammensetzung sich wesentlich von denen unseres Sonnensystems unterscheidet. Das weist auf einen praesolaren Ursprung dieser Koerner hin. Nanodiamanten sind ein noch weitgehend unverstandener Typ praesolarer Koerner. Sie bestehen nur aus einigen Tausend Kohlenstoffatomen und enthalten unter anderem Platin als Spurenelement. Wurden sie z.B. in der Umgebung einer Supernova mit den Spurenelementen 'dotiert'? Welche Nukleosynthese-Prozesse haben stattgefunden? Die Isotopensignaturen koennte dazu Informationen liefern. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, bei VERA Bedingungen fuer die Messung von stabilen Platinisotopen in praesolaren Nanodiamanten zu schaffen. Die Schwierigkeit einer solchen Messung liegt vor alem darin, dass Superanalysen von stabilen Pt-Isotopen nur dann moeglich sind, wenn der Platin-Untergrund im Bereich der Ionenquelle entsprechend niedrig ist. Daher wurde ein neuer Negativ-Ionen-Injektor mit einer ebenfalls neuen Sputterquelle, in der niemals Platin als Probematerial verwendet wurde, bei VERA aufgebaut.Damit war es zum ersten Mal moeglich, Pt-Isotopenmessungen an Nanodiamantendurchzufuehren. Das Probenmaterial stammt vom Allende-Meteorit und wurde von der Kosmochemiegruppe des Max-Planck-Instituts fuer Chemie in Mainz an Nanodiamanten angereichert. Das Hauptergebnis der Messungen war eine ueberhoehte Haeufigkeit des schwersten Pt-Isotops, 198Pt. Diese Abweichung wird von bestimmten Nukleosynthese-Modellen bei Supernova-Explosionen vorausgesagt. Nach einem ueberblick zum Thema praesolare Koerner wird der Aufbau des neuen Negativ-Ionen-Injektors und die Durchfuehrung und die Ergebnisse der Messung von stabilen Pt-Isotopen in Nanodiamanten beschrieben. Zum Schluss wird eine astrophysikalische Deutung dieser Ergebnisse diskutiert. Aus den Erfahrungen mit diesen TEAMS-Pilotexperiment zur Messung von stabilen Spurenisotopen in praesolaren Koernern kann geschlossen werden, dass diese Art von Messungen an geeigneten AMS-Anlagen in Zukunft einen wichtigen Beitrag zum Verstaendnis des Ursprungs praesolaren Sternenstaubes leisten koenen. (author)Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- AMS-Messungen stabiler Platinisotope in praesolaren Nanodiamanten mit Hilfe eines neuen Negativ-Ionen-Injektors fuer VERA
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 137 p.
INIS
- Country of Publication
- Austria
- Country of Input or Organization
- Austria
- INIS RN
- 44118373
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY; S77: NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- ACCELERATORS; ANIONS; MASS SPECTROSCOPY; METEORITES; NANOSTRUCTURES; PLATINUM 198; SOLAR SYSTEM
- Descriptors DEC
- CHARGED PARTICLES; EVEN-EVEN NUCLEI; HEAVY NUCLEI; IONS; ISOTOPES; NUCLEI; PLATINUM ISOTOPES; SPECTROSCOPY; STABLE ISOTOPES