Isobar separation with post-stripping for the measurement of cosmogenic Be-10 at VERA

Beryllium-10 (t1/2 = 1.5 Ma) ist ein wichtiges kosmogenes Radionuklid für die Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS). Die größte Herausforderung bei der Messung von Be-10 ist der Hintergrund durch das stabile Isobar Bor-10. Die beiden Isobare können nicht effizient anhand ihres kleinen Massenunterschieds (∆M/M = 6·10⁻⁵) getrennt werden. Die Trennung beruht auf dem unterschiedlichen Energieverlust des Ionenstrahls in Materie, aufgrund der verschiedenen Kernladungszahl von Be-10 und B-10. Früher wurde bei VERA, dem Vienna Environmental Research Accelerator, ein Absorber vor einem Teilchendetektor verwendet, um den Hintergrund durch Bor zu unterdrücken. Ein alternativer Ansatz zur Trennung von Be-10 und B-10 ist Poststripping: nach der Beschleunigung im Tandem-Beschleuniger auf ∼8MeV passiert der Ionenstrahl eine ∼500nm dicke Folie. Die Isobare haben danach unterschiedliche Restenergien und können durch einen energieempfindlichen Analysator getrennt werden. Ich führte Poststripping für die Messung von Be-10 bei VERA ein. Dabei verwendete ich Siliziumnitrid-Folien für das Strippen und einen Switcher-Magneten als Analysator. Außerdem nützte ich eine neue ∆E-E-Ionisationskammer mit einer unterteilten Anode. Bevor ich mich für den Switcher-Magneten entschied, zog ich auch andere Messaufbauten in Erwägung. Computersimulationen halfen mir einen guten Messaufbau zu planen. Schließlich wurde Poststripping bei VERA zur Messung von Be-10 verwendet. Poststripping hat einen niedrigeren Hintergrund (Be-10/Be-9 ≈ 2·10⁻¹⁵) als die Absorbermethode bei vergleichbarer Effizienz.Beryllium-10 (t1/2 = 1.5 Ma) is an important cosmogenic radionuclide in accelerator mass spectrometry (AMS). The biggest challenge in Be-10 measurement is the background of the stable abundant isobar Boron-10. The two isobars cannot be separated efficiently by their small mass difference (∆M/M = 6 ·10−5 ). Their separation is based on the difference in energy loss of the ion beam in matter due to the different atomic number of Be-10 and B-10 respectively. In the past at VERA, the Vienna Environmental Research Accelerator, an absorber in front of a particle detector was used to suppress the boron background. An alternative approach to separate Be-10 and B-10 is post-stripping: after acceleration in the tandem accelerator to ∼8MeV, the ion beam passes through a ∼500nm thick foil, which results in different residual energies of the isobars. The ions can be separated by an energy-sensitive analyzer. I have implemented post-stripping for the measurement of Be-10 at VERA. In my measurement setup I have used silicon nitride foils for the stripping and a switching magnet as analyzer. Further, I took advantage of a new ∆E-E ionization chamber with a segmented anode. Before I decided to use the switching magnet, I had considered alternative setups. Computer simulations of the ion optics helped finding a good setup. Finally, post-stripping is used at VERA for the measurement of Be-10. It has a lower measurement background (Be-10/Be-9 ∼ 2·10⁻¹⁵) than the method used before and the efficiencies of both methods are comparable