Development of techniques for light isotope analysis at LIBAF
(2013)- 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) - 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)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/4157392
- author
- Borysiuk, Maciek LU
- supervisor
- opponent
-
- DR JAKSIC, MILKO, LABORATORY FOR ION BEAM INTERACTION, RUDER BOSKOVIC INSTITUTE, ZAGREB, CROATIA
- organization
- publishing date
- 2013
- 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 13:15:00
- ISBN
- 978-91-7473-756-1
- 978-91-7473-755-4 (print)
- language
- English
- LU publication?
- yes
- additional info
- The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Nuclear Physics (Faculty of Technology) (011013007)
- id
- f68d29be-f151-419a-ad23-4b6e71a6200e (old id 4157392)
- date added to LUP
- 2016-04-04 14:21:32
- date last changed
- 2018-11-21 21:19:51
@phdthesis{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}}, keywords = {{Fysicumarkivet A:2013:Borysiuk}}, language = {{eng}}, school = {{Lund University}}, title = {{Development of techniques for light isotope analysis at LIBAF}}, year = {{2013}}, }