Advanced

Development of techniques for light isotope analysis at LIBAF

Borysiuk, Maciek LU (2013)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Jonstråleanalys är ett fält inom tillämpad fysik vars utövare sysselsätter sig med bestrålning av

olika föremål med joniserande strålning från partikelacceleratorer. Fysiker och kemister

observerade i början av nittonhundratalet att joniserande strålning såsom alfapartiklar från

radioaktiva källor ger upphov till olika sorters strålning när den växelverkar med materia. En

alfapartikel med kinetisk energi på 3 MeV, vilket motsvarar en hastighet på ungefär 3% av

ljusets hastighet, kommer producera ett brett spektrum elektromagnetisk strålning när den rör

sig igenom materia. Det mesta kommer från dess interaktion med de atomära... (More)
Popular Abstract in Swedish

Jonstråleanalys är ett fält inom tillämpad fysik vars utövare sysselsätter sig med bestrålning av

olika föremål med joniserande strålning från partikelacceleratorer. Fysiker och kemister

observerade i början av nittonhundratalet att joniserande strålning såsom alfapartiklar från

radioaktiva källor ger upphov till olika sorters strålning när den växelverkar med materia. En

alfapartikel med kinetisk energi på 3 MeV, vilket motsvarar en hastighet på ungefär 3% av

ljusets hastighet, kommer producera ett brett spektrum elektromagnetisk strålning när den rör

sig igenom materia. Det mesta kommer från dess interaktion med de atomära elektronerna.

Mer sällsynta men fortfarande väldigt intressanta är laddade partiklar och gammakvanta vilka

produceras på grund av växelverkan mellan den inkommande strålningen och kärnorna. Allt

från synligt ljus till gammakvanta, och från enskilda protoner till fissionsfragment kan

förekomma. Studier av denna så kallade inducerade strålningen, först med radioaktiva källor

och senare, när dessa blev tillgängliga, med partikelacceleratorer var startskottet för den

moderna kärnfysiken. Spektroskopi av detta slag lärde oss väldigt mycket om hur materian är

uppbyggd. Vår kunskap om atomens och kärnans struktur bygger på sådana tidiga

observationer.



Under andra hälften av nittonhundratalet vändes problemet på huvudet. Interaktioner mellan

lätta högenergetiska joner, såsom ovannämnda 3 MeV alfapartikeln, och materia utvecklades

från en samling av metoder för studier av atomer och kärnor, och användes istället för

material analys.



Dessa metoder visade sig vara överlägsna den existerande materialanalysen på ett antal

punkter. Den inkommande partikelstrålen och den producerade strålningen har minmal

inverkan på provet och metoden kan anses vara icke-destruktiv. I många fall kan bakgrunden

till den intressanta processen lätt separeras från själva interaktionen och är enbart svagt

beroende av provets sammansättning. Detta betyder att metoder kan göras kvantitativa relativt

enkelt. En jonstråle kan lätt fokuseras till en mikrometer stor fläck med hjälp av magnetiska

och elektriska fält och skannas över provets yta, vilket ger upphov till koncentrationskartor av

olika grundämnen i provet.



En enkel jonstråleanalysuppställning består av en accelerator och en eller flera detektorer för

detektion av joniserande strålning. Målet av detta arbete är att evaluera och utveckla

existerande jonstrålemetoder för analys av ämne lättare än aluminium för att komplettera den

existerande uppställningen vid Lunds jonstråle anläggning. Metoder där ett antal olika energi

kvanta detekteras samtidigt används tillsammans med moderna detektorer för att testa

jonstråleanalysen gränser. (Less)
Abstract
The overall goal of this thesis is to test new detector technologies and data

acquisition systems, for use in Ion Beam Analysis IBA. This is intended to

complement the existing setup, which is routinely used at Lund Ion beam

Analysis Facility LIBAF.

Proton induced X-ray emission is a well-known method for trace element

analysis of heavier elements, but trace element analysis of elements

below aluminum can still be somewhat elusive. This work aims to explore

the methods for light element determination and isotope analysis within

IBA. To that end methods for quantification of hydrogen and measurement

of isotopic ratio of oxygen in geological samples are... (More)
The overall goal of this thesis is to test new detector technologies and data

acquisition systems, for use in Ion Beam Analysis IBA. This is intended to

complement the existing setup, which is routinely used at Lund Ion beam

Analysis Facility LIBAF.

Proton induced X-ray emission is a well-known method for trace element

analysis of heavier elements, but trace element analysis of elements

below aluminum can still be somewhat elusive. This work aims to explore

the methods for light element determination and isotope analysis within

IBA. To that end methods for quantification of hydrogen and measurement

of isotopic ratio of oxygen in geological samples are evaluated with the

help of new detectors.

Hydrogen is the most abundant and oxygen the third most abundant

element in the universe. Together they form the most common molecule,

water. It is in no way surprising that the quantification of content and distribution

of these elements is of great industrial and scientific importance.

Hydrogen impurities are a common problem for many materials, for instance

at grain boundaries in semiconductors. They affect a great number

of properties such as electrical conductivity and tensile strength. Variation

of isotopic ratio of oxygen isotopes is a marker for various physical and

chemical processes. For instance it is a basis of a method for measurement

of temperature changes over geological timescales. Any setup which can

accurately measure those two elements is a valuable extension for an IBA

facility.

The tested equipment will be included in a permanent station, currently

under construction at LIBAF in which light element quantification and isotope

analysis can be performed routinely. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • DR JAKSIC, MILKO, LABORATORY FOR ION BEAM INTERACTION, RUDER BOSKOVIC INSTITUTE, ZAGREB, CROATIA
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Fysicumarkivet A:2013:Borysiuk
defense location
Rydberg hall, the department of Physics, Sölvegatan 14C, Lund University Faculty of Engineering
defense date
2013-12-13 13:15
ISBN
978-91-7473-756-1
978-91-7473-755-4 (print)
language
English
LU publication?
yes
id
f68d29be-f151-419a-ad23-4b6e71a6200e (old id 4157392)
date added to LUP
2013-11-20 08:39:45
date last changed
2016-09-19 08:45:19
@misc{f68d29be-f151-419a-ad23-4b6e71a6200e,
  abstract     = {The overall goal of this thesis is to test new detector technologies and data<br/><br>
acquisition systems, for use in Ion Beam Analysis IBA. This is intended to<br/><br>
complement the existing setup, which is routinely used at Lund Ion beam<br/><br>
Analysis Facility LIBAF.<br/><br>
Proton induced X-ray emission is a well-known method for trace element<br/><br>
analysis of heavier elements, but trace element analysis of elements<br/><br>
below aluminum can still be somewhat elusive. This work aims to explore<br/><br>
the methods for light element determination and isotope analysis within<br/><br>
IBA. To that end methods for quantification of hydrogen and measurement<br/><br>
of isotopic ratio of oxygen in geological samples are evaluated with the<br/><br>
help of new detectors.<br/><br>
Hydrogen is the most abundant and oxygen the third most abundant<br/><br>
element in the universe. Together they form the most common molecule,<br/><br>
water. It is in no way surprising that the quantification of content and distribution<br/><br>
of these elements is of great industrial and scientific importance.<br/><br>
Hydrogen impurities are a common problem for many materials, for instance<br/><br>
at grain boundaries in semiconductors. They affect a great number<br/><br>
of properties such as electrical conductivity and tensile strength. Variation<br/><br>
of isotopic ratio of oxygen isotopes is a marker for various physical and<br/><br>
chemical processes. For instance it is a basis of a method for measurement<br/><br>
of temperature changes over geological timescales. Any setup which can<br/><br>
accurately measure those two elements is a valuable extension for an IBA<br/><br>
facility.<br/><br>
The tested equipment will be included in a permanent station, currently<br/><br>
under construction at LIBAF in which light element quantification and isotope<br/><br>
analysis can be performed routinely.},
  author       = {Borysiuk, Maciek},
  isbn         = {978-91-7473-756-1},
  keyword      = {Fysicumarkivet A:2013:Borysiuk},
  language     = {eng},
  title        = {Development of techniques for light isotope analysis at LIBAF},
  year         = {2013},
}