14C-CO2 Measurements with Accelerator Mass Spectrometry

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Fysiikan laitos fi
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics en
dc.contributor Helsingfors universitet, Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik sv
dc.contributor.author Vuoriheimo, Tomi
dc.date.issued 2017
dc.identifier.uri URN:NBN:fi-fe2017112252130
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/228532
dc.description.abstract Accelerator mass spectrometry (AMS) is a technique developed from mass spectrometry and it is able to measure single very rare isotopes from samples with detection capability down to one atom in 10^16. It uses an accelerator system to accelerate the atoms and molecules to break molecular bonds for precise single isotope detection. This thesis describes the optimization of University of Helsinki's AMS system to detect the rare radioactive isotope 14C from CO2 gas samples. Using AMS to detect radiocarbon is a precise and fast way to conduct radiocarbon dating with minimal sample sizes. Solid graphite samples have been in use before but as the ion source has been adopted to use also gaseous CO2 samples, optimizations must be made to maximize the carbon current and ionization efficiency for efficient 14C detection. Parameters optimized include cesium oven temperature, CO2 flow, carrier gas helium flow and their dependencies with each other. Both carbon current and ionization efficiency is looked at in the optimizations. The results are analyzed and discussed for further optimizations or actual measurements with gas. Ionization occurring in the ion source can be understood better with the results. Standard samples of CO2 were measured to determine the background and precision of the AMS system in gas use by comparing the results with literature. The current system was found to have tolerable background of 1.5% of the standard and the Fraction modern value of actual sample was 2.4% higher than values from literature. Ideas to improve background were discussed. A new theory of negative-ion formation in a cesium sputtering ion source by John S. Vogel is reviewed and taken into account in the discussion of optimization. Utilizing the theory, possible future upgrades to improve the ionization efficiency are presented such as cathode material choices to reduce competitive ionization and cesium excitation by laser. en
dc.description.abstract Kiihdytinmassaspektrometria (AMS) on massaspektrometriasta jatkokehitetty tekniikka, joka pystyy mittaamaan yksittäisiä harvinaisia isotooppeja näytteistä havaintotarkkuudella yksi atomi 10^16 atomista. AMS käyttää kiihdytinsysteemiä kiihdyttääkseen atomit ja molekyylit. Törmäyttämällä molekyylit jalokaasuun molekyylien sidokset voidaan hajottaa tarkkaa yhden tietyn isotoopin mittaamista varten. Tämä tutkielma kuvaa Helsingin yliopiston AMS-systeemin optimointia CO2-kaasunäytteillä tehtäviä harvinaisen radioaktiivisen 14C isotoopin mittauksia varten. AMS:n käyttäminen radiohiilen mittaamiseen on tarkka ja nopea tapa tehdä radiohiiliajoituksia hyvin pienistäkin näytteistä. Kiinteitä grafiittinäytteitä on käytetty mittauksissa aiemmin, mutta koska ionilähde on muunnettu käyttämään myös CO2-kaasunäytteitä, täytyy laitteistoa optimoida mahdollisimman suuren hiilivirran sekä ionisaatiotehokkuuden saavuttamiseksi tehokasta 14C-havaitsemista varten. Optimoituja parametrejä ovat esimerkiksi kesium-uunin lämpötila, CO2-virtausnopeus, kuljetuskaasu heliumin virtausnopeus ja näiden riippuvuudet keskenään. Sekä hiilivirta että ionisaatiotehokkuudet on huomioitu optimoinnissa. Tulokset on analysoitu ja pohdittu jatko-optimointeja tai oikeita kaasumittauksia varten. Ionisaatiota ionilähteessä pystyy ymmärtämään paremmin tulosten kanssa. Standardinäytteet mitattiin CO2-kaasulla taustan ja AMS-systeemin tarkkuuden määrittämiseksi kaasukäytössä vertaamalla tuloksia kirjallisuusarvoihin. Tämänhetkisellä systeemillä havaittiin 1,5 % tausta standardiin verrattuna ja oikean näytteen Fraction modern –tulos oli 2,4 % korkeampi kuin kirjallisuudessa. Ideoita taustan parantamiseen pohdittiin. Uusi John S. Vogelin ionisaatioteoria cesiumionilähteessä käytiin läpi, ja teoriaa hyödynnettiin optimoinnin tuloksien pohdinnassa. Tulevia mahdollisia ionilähteen päivityksiä on esitetty teoriaan perustuen. Näihin päivityksiin kuuluvat esimerkiksi katodin materiaalivalinnat kilpaillun ionisaation vähentämiseksi ja cesiumin virittäminen laserilla. fi
dc.language.iso eng
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.subject Accelerator Mass Spectrometry en
dc.subject AMS en
dc.subject Radiocarbon en
dc.subject CO2 ion source en
dc.subject Optimization en
dc.subject Kiihdytinmassaspektrometria fi
dc.subject Radiohiili fi
dc.subject CO2 ionilähde fi
dc.subject Optimointi fi
dc.title 14C-CO2 Measurements with Accelerator Mass Spectrometry en
dc.type.ontasot pro gradu-avhandlingar sv
dc.type.ontasot pro gradu -tutkielmat fi
dc.type.ontasot master's thesis en
dc.subject.discipline Physics en
dc.subject.discipline Fysiikka fi
dc.subject.discipline Fysik sv
dct.identifier.urn URN:NBN:fi-fe2017112252130

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pro gradu Tomi Vuoriheimo FINAL.pdf 4.696Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record