KIP-Veröffentlichungen

Entwurf und Umsetzung eines Systems zum Einzelatomnachweis von Argon-39
Der Nachweis von 39Ar in natürlichen Wasserproben kann zur radiometrischen Altersbestimmung auf Zeitskalen von 50 bis 1000 Jahren vor heute verwendet werden [1]. Diese experimentelle Forschungsarbeit stellt den Aufbau einer Atomstrahl- und Fallenapparatur vor, welche 39Ar-Atome mittels der laserkühlungsbasierten Methode “Atom Trap Trace Analysis” ([2]) einfängt und nachweist. Auf diese Art könnten die bestehenden Beschränkungen des indirekten Nachweises über Zerfallsprodukte (“low-level counting”, [3]) bezüglich Probengröße und Messdauer aufgehoben werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Hyperfeinstrukturspektrum des Kühlübergangs 1s5-2p9 experimentell bestimmt. Desweiteren wurde ein optisch kollimierter, hochintensiver Strahl kalter metatabiler Argonatome erzeugt und der Nachweis einzelner 39Ar-Atome über Fluoreszenzmessung realisiert.
Bislang wurden 39Ar-Zählraten von 1 Atom in ungefähr 4 Stunden für atmosphärisches Argon erreicht. Neueste Verbesserungen deuten außerdem darauf hin, dass Zählraten von 1 Atom/h möglich sind.

Design and realization of a detection system for single argon-39 atoms
Detection of 39Ar in natural water samples can be employed for radiometric dating on a timescale of 50 to 1000 years before present [1]. This experimental work comprises the setup of an atomic beam and trap apparatus that captures and detects 39Ar atoms by the laser-cooling technique “Atom Trap Trace Analysis” ([2]). With this approach, the limitations of low-level counting [3], regarding sample size and measurement time, could
be overcome.
In the course of this work, the hyperfine structure spectrum of the cooling transition 1s5-2p9 has been experimentally determined. A high intensity, optically collimated beam of slow metastable argon atoms has been set up and fluorescence detection of individual 39Ar atoms in a magneto-optical trap is realized.
39Ar count rates of 1 atom in about 4 hours have been achieved for atmospheric argon. Recent improvements further suggest that even higher count rates of 1 atom/hour are within reach.