Authors:	Dretzke, Achim
Title:	Untersuchungen zu ionenchemischen Reaktionen und Mobilitätsmessungen an schweren Elementen in einer Puffergaszelle
Online publication date:	1-Jan-2003
Year of first publication:	2003
Language:	german
Abstract:	Untersuchungen zu ionenchemischen Reaktionen und Mobilitätsmessungen an schweren Elementen in einer Puffergaszelle Die vorgelegte Arbeit beschreibt vorbereitende Untersuchungen zu ionenchemischen Reaktionen und Mobilitätsmessungen schwerer Elemente (Z>100) in einer mit Argon gefüllten Puffergaszelle. Dazu wurden am Element Erbium (Z=68), dem chemischen Homolog von Fermium (Z=100), zunächst in einem Fourier-Transformations-Massenspektrometer (FT/MS) Reaktionen mit Sauerstoff (O<sub>2</sub>), Methan (CH<sub>4</sub>) und Butylen (C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>) untersucht und deren Reaktionskonstanten zu k(Er+O2)=(3,6±0,3) 10<sup>-10</sup>cm<sup>3</sup>/s, k(Er+C4H8)=(1,3±0,1) 10<sup>-10</sup>cm<sup>3</sup>/s gemessen. Für die Reaktion Er<sup>+</sup>+CH<sub>4</sub> wurde eine Obergrenze der Reaktionskonstante von k(Er+CH4)?,3 10<sup>-15</sup>cm<sup>3</sup>/s bestimmt. Dieselben Reaktionen wurden anschließend in einer mit 60 mbar Argon gefüllten Puffergaszelle am Tandembeschleuniger des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg studiert.Das in die Zelle eingeschossene Erbium wurde nach der Thermalisierung in einem zweistufigen Laserprozess resonant ionisiert. Diese Messungen führten zu gleichen Ergebnissen wie die FT/MS-Messungen (k(Er+O2)=3,3±0,4) 10<sup>-10</sup>cm<sup>3</sup>/s, k(Er+CH4)?2 10<sup>-17</sup>cm<sup>3</sup>/s). Die Reaktion von Erbium mit Butylen wurde ebenfalls beobachtet, eine Reaktionskonstante konnte jedoch nicht bestimmt werden. Die Reaktion von Erbium mit Sauerstoff wurde auch mit den direkt in die Puffergaszelle eingeschossenen Ionen ohne Laserionisation untersucht. Eine reproduzierbare Reaktionskonstante konnte nicht bestimmt werden, mögliche Ursachen werden diskutiert.Aus der Driftzeit der Ionen im Puffergas können Ionenmobilitäten bestimmt werden. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die Ionenradien und damit auch auf Bindungslängen in Molekülen. Zwischen Plutonium und Americium wurde bei einer Driftzeit von (1,88±0,01) ms ein Driftzeitunterschied von (0,07±0,02) ms gemessen und daraus eine relative Verringerung des Ionenradius von Americium gegenüber dem von Plutonium um (3,1±1,3)% bestimmt. Relativistische Rechnungen sagen für den atomaren Radius von Americium gegenüber Plutonium eine Kontraktion in gleicher Größenordnung voraus; für Ionenradien existieren zur Zeit noch keine Rechnungen. Aus den gemessenen Driftzeiten des Plutoniums von (1,85±0,01) ms und Plutoniumoxids von (2,38±0,01) ms wurde eine Zunahme des Ionenradius des Plutoniumoxids gegenüber dem Plutonium um (28±2)% bestimmt.Außerdem wurden Reaktionen von Ruthenium (Z=44) und Osmium (Z=76), beides chemische Homologe von Hassium (Z=108), mit Sauerstoff in der FT/MS-Apparatur untersucht, mit dem Ziel widersprüchliche Messungen der Reaktionskonstanten aufzuklären. Studies of Ion-Chemical Reactions and Mobility-Measurements at Heavy Elements in a Buffer-Gas Cell This thesis describes preparatory studies of ionchemical reactions and mobility measurements at heavy elements (Z>100) in an argon filled buffer-gas cell. In a first step, reactions of the element erbium (Z=68), the chemical homolog of fermium (Z=100), with oxygen (O2), methane (CH<sub>4</sub>) und butene (C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>) were investigated in a Fourier-Transform-Mass-Spectrometer (FT/MS) and their reaction constants k(Er+O2)=(3,6±0,3) 10<sup>-10</sup>cm<sup>3</sup>/s and k(Er+C4H8)=(1,3±0,1) 10<sup>-10</sup>cm<sup>3</sup>/s were measured. For the reaction Er<sup>+</sup>+CH<sub>4</sub>, the upper limit of the reaction constant k(Er+CH4)?6,3 10<sup>-15</sup>cm<sup>3</sup>/s were determined. Afterwards the same reactions were studied in a buffer-gas cell, which was filled with 60 mbar argon, at the tandem accelerator of the Max-Planck-Institute for Nuclear Physics in Heidelberg.After thermalization, the implanted erbium was ionized in a two step resonant laser ionization process. These measurements led to same results as the FT/MS-measurements (k(Er+O2)=(3,3±0,4) 10<sup>-10</sup>cm<sup>3</sup>/s, k(Er+CH4)?2 10<sup>-17</sup>cm<sup>3</sup>/s). The reaction of erbium with butene was also observed, but a reaction constant could not be determined. The reaction of erbium with oxygen was also studied on ions implanted directly into the cell without laser ionization. A reproduceable reaction constant could not determined, possible causes are discussed.From the drift time of ions in the buffer-gas, ion mobilities can be determined. This provides information on ionic radii and bond length in molecules. Between plutonium und americium a drift time difference of (0,07±0,02) ms was measured at a drift time of (1,88±0,01) ms. This corresponds to a relative contraction of the ionic radius of americium compared to the ionic radius of plutonium of (3,1±1,3)%. For the atomic radius of americium compared to plutonium, relativistic calculations predict a contraction of same magnitude; there are not any calculations for ionic radii up to the present time. From the measured drift time of plutonium, (1,85±0,01) ms, and plutonium oxide, (2,38±0,01) ms, an increase of the ionic radius of plutonium oxide compared to plutonium of (28±2)% was determined.Besides chemical reactions of ruthenium (Z=44) and osmium (Z=76), both chemical homologues of hassium (Z=108), with oxygen were studied in the FT/MS-spectrometer. The aim of these measurements was to clarify contradictory measurements of reaction constants.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2457
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-4697
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen