. - Институт Ядерной Физики им.Г.И.Будкера СО РАН

Статус центра «Геохронологии кайнозоя»
для научной
д
у
сеcсии BINP
23 января 2009г.
Пархомчук В.В.
ПОЛОЖЕНИЕ
о Центре коллективного пользования СО РАН «Геохронология»
1. Общие положения
1.1. Центр коллективного пользования «Геохронология» (далее ЦКП или Центр) образован
с целью совместного использования уникального дорогостоящего научного оборудования.
Ц
Центр
является структурным подразделением Института
И
Археологии
А
и Этнографии
Э
ф СО РАН
без права юридического лица. ЦКП работает под научно-методическим руководством
Объединенного ученого совета наук о Земле,
Объединенного ученого совета по гуманитарным наукам СО РАН
и на условиях, определенных настоящим Положением.
Институт Археологии и Этнографии предоставляет в коллективное пользование
ускорительный масс-спектрометр (AMS), разработанный и
изготовленный ИЯФ СОРАН по заказномуу проекту
р
у СОРАН и
переданный на баланс ИАЭТ и Палeонтологическую лабораторию,
приобретенную централизовано для ЦКП.
Институт Геологии и Минералогии предоставляет в коллективное пользование
оборудование для радиационного радиоуглеродного датирования
(КВАНТУЛУС), термолюминесцентного датирования (РИЗО) и
палеомагнитную лабораторию, которые также централизовано приобретены
для ЦКП.
AMS в
апреле 2008 перед
переездом в
здание ЦКП
Переезд
р
д апрель
р
2008
AMS
На новом месте
Принцип
14С
датировки AMS
12С
89.9% ,13С 1.1% стабильные изотопы
14С распадается со временем τ1/2=5700 лет
14C генерируется в атмосфере космическими лучами в количестве:1.2×10-12 (14С/12С)
В 1 мг «живого углерода» в массе растения потребляющего С02
содержится 5.2*1019 стабильных атомов 12С и 6.2*107 атомов изотопа 14С
В 50000 летнем углероде содержится
те-же 5.2*1019 атомов стабильного 12С и и только 1.4*105 атомов изотопа 14С
необходимый вес для набора статистики N=104 за 1 час, для 1% статистической точности
активность 1 мг современного С 1.2 расп./час (нужно 8 г)
активность 1 мг 50000 летнего С 2.8Е-3 расп./час (нужно 3500 г)
источник на 1 мг С дает 30 мкА С- ионов –расходует 0.012 мг/час образца (на 80 часов работы)
время для набора 1% статистики
современный С даст 8×105 ионов/час 0.012 часов
Старый- 50000 летний 1.8×103 14С+3 ионов/час 5.4 часа
Радиоуглеродная датировка
Космическое излучение это источник
пополнения в атмосфере
изотопа 14С
нейтроны азот превращают в→14С
n+14N→p+14C
Пик атомных
испытаний (1965)
нейтронное
й
облучение атмосферы
отношение 13C/12C в атмосфере 1.1%.
12
отношение 14C/12C в атмосфере 1.2*10
1 2*10-12
Sample fractionation
The shift in the 14C/12C ratio is about twice the shift in the 13C/12C ratio.
The ratio 13C/12C for PDB standard: 1.12372%
Marine reservoir correction
Radiocarbon ages of samples formed
in the ocean are ggenerallyy several
hundred years older than the
terrestrial samples,
It is need to know where the dated
sample
l comes from,
f
for
f correctt
sample dating.
Компоновка ускорительного
спектрометра с ускоряющим
напряжением до 2 МВ.
1 – ускорительная трубка,
б
2 – бак ускорителя,
3 – 180° электромагнитный поворот, а –
магнит б – электростатические
р
пластины, ,
4 – Магниевая мишень,
5 – корректор,
6 – электростатическая линза,
7 – вакуумный насос,
8 – конечный ΔЕ-Е детектор,
9–д
дипольный магнит-спектрометр
р
р на
высокой энергии,
10 – дипольный магнит-спектрометр на
низкой энергии,
11 – ионный источник.
источник
Цезиевый распылительный источник
Пары цезия, попадая на
горячий ионизатор,
ионизатор
превращаются в ионный
пучок, распыляющий
образец. Заметная часть
вещества образца
превращается в
отрицательные
р ц
ионы.
Ионы направляются в
первый магнитный
Анализатор
Важный факт- азот
не образует
отрицательных ионов
После, примерно, 1 недели работы
ионного источника (5дней*8часов)
на образце металлургического кремния
выработалась лунка диаметром
около 0.7 мм и израсходовано,
примерно, 0.2 мг Si. При этом ток
ионного источника был около 1 мкА.
мкА
Значит, примерно, 10% атомов Si
Nion=1018 улетели как отрицательные
ионы Примесь на уровне 10-12 даст около
ионы.
106 ионов и счетчики смогут её
зарегистрировать достаточно точно.
Статистическая ошибка 10-3!
Но важно избавиться от фона!
Образец кремния в виде цилиндра диаметром
2 мм, вставленный в медный держатель
для охлаждения
д
д
во время
р
р
работы
Схема фильтрации пучков
1 - pressure tank,
2 - accelerator tube,,
3 - cascade generator,
Достоинством
4 - middle energy нашей схемы с поворотом пучка в высоковольтной «голове»
electrostatic
являетсяfilter,
отсеивание всего «мусора» возникающего при разрушении
5 - magnesium
g
vapors
p
stripper,
pp ,
молекулярных
ионов до окончательного ускорения.
6 - ion source,
7 - low-energy magnetic analyzer,
Многоступенчатый отсев!
8- high-energy magnetic analyzer
Оптика ускорителя на 250 кВ и вид пучка углеродных ионов на кристалле CsI после
выходного магнита
Входная энергия W=15keV
Ускоряющее напряжение 250 кВ
С+3 на выходе меют энергию
1015 кэВ
emittance =15mm
=15mm*mrad
mrad
Beam at the exit of AMS
Mass spectrum of the graphite sample
Измерение на 14 массе разрушение молекулярных ионов
14С+2
, 13СH+2 , 12CH2+2
Si28
Si29
Si30
Detector current (A
A)
1E-5
1E-6
C12
C13
Temperature Mg target
T 395 C
T=395
T=440 C
S32
S33
S34
1E-7
1E-8
2*Six
Cu63
Cu65
Cl35
Cl37
1E 9
1E-9
1E-10
B10 10
B11
20
30
40
50
60
70
Mass number
Очистка от молекулярных кластеров более плотной обдирочной
мишенью. Видны различные примеси к металлургическому кремнию
B- бор,
B
бор C
C- углерод,O
углерод O- кислород,S
кислород S- сера,Cl
сера Cl- хлор.
хлор Медь Cu идет
из держателя образца. Изотопные соотношения близки к табличным,
что подтверждает надежность измерений.
Перезарядка в ускоряющих трубках измеренная
полупроводниковым
у р
детектором.
р
Разрешение
р
±20%
U0- 250kV
(1+3)eU0+Einj=1010keV
Основной пучок
С+3→С+2
в ускоряющей колоне
760—1010 еV
Время
р
пролетный
р
детектор
р
3
1
2
0,02
Сигнаал детектор
ров (В)
0 00
0,00
-0,02
-0,04
-0
0,06
06
-0,08
-0,10
-0,12
1 detector
2 detector+22cm
3 detector 22+32 cm
-0,14
-0,16
-0,18
0
50
100
Время пролета
150
200
Сдвиг энергии при введении фольги
ионы
Used collodion foil:
фольга
11B
E=1MeV dE=65keV
dE/dx=600 keV/микрон
рел.электрон 0.2
0 2 кэВ/микрон
В/
Толщина фольги -
0.13um
Выходной магнитный спектрометр и время пролетный детектор
B
t
Двухмерный спектр время пролетных измерений
демонстрирующий
й разделение изотопов б
бора
Первые измерения 14C3+ ионов в образце из
древесного угля красный
и из графита голубой
Зависимость от энергии иона зарядового состава пучка
Выше энергия больше (на порядки) высоко-зарядных ионов
250 кэВ - электронная энергия 11 эВ температура 105 оК
1000 кэВ – электронная энергия 44 эВ температура 4*105 оК
Надеемся скоро (на новом месте) получить параметры:
For system with radiation shielding:
26 Декабря 2008 года - калибровка время пролетного датчика различными изотопами
С12-О18
800
750
D7k ,0
700
D5k ,0
D9k ,0
D11k ,0
650
D14k ,0
T0 j
600
550
500
1000
1050
C12
C13
O16
O17
O18
1100
1150
1200
1250
D7k ,1 , D5k ,1 , D9k ,1 , D11k ,1 , D14k ,1 , T1 j
calculated time for mass 12-18/0.07 nsec
1300
1350
1400
Посещение Президиумом СОРАН
ЦКП «Геохронология кайнозоя»
29 Дек. 2008
Первые эксперименты по повышению энергии 12 Янв. 2009
демонстрируют увеличение потока ионов в 10 раз!
10
10B+3
250 kV 0.6 1/s
1
dN
N/dt 1/sec
3.3 1/s
360 kV 5.9 1/s 39 1/s
D1 j ,1
D1 j ,2
D0 j ,1
11B+3
0.1
D0 j ,2
0.01
1 .10
3
800
850
900
950
1000
D1 j ,0 , D1 j ,0 , D0 j ,0 , D0 j ,0 , D0 j ,0
time chanal
B10 360 kV
B11 360 kV
B10 250 kV
B11 250 kV
1050
1100
1150
10B+3
11B+3
250 kV
15.5%
84.5%
360 kV
13 1%
13.1%
86 9%
86.9%
Таб.
19.6%
80.4%
Заключение
1. Основная задача на 2009 г. перейти от настроечных экспериментов
на работу с потребителями данных
2 Начать освоение новых ионов Be,
2.
Be Al
Al, ….
3. Необходимо найти формы участия студентов физфака НГУ
(не только ускорительной кафедры)! Казалось бы реальная база для
курсовых работ по изотопам,
изотопам по регистрации частиц,
частиц молекулярной физике
и т.д.
После заключения: трудный путь к высокому напряжению- возгорание верхних
сегментов каскадного выпрямителя
р
22 Января
р 2009 после испытаний на 600 кВ.
После заливки углекислотой
возгорания
Экспертиза повреждений
С
Сгоревший
й дроссель каскадника
Место для более надежного
оборудования
Ремонт займет около 2 месяцев?!
После этого можно будет
у
ууже
работать на кассетном ионном
источнике и проводить измерения
многих образцов одновременно