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High-precision Q-value and mass measurements for neutrino physics with TRIGA-TRAP and commissioning of an on-line ion source for TRIGA-SPEC

Smorra, Christian

German Title: Hochpräzise Massen- und Q-Wert-Messungen für die Neutrinophysik an TRIGA-TRAP und Inbetriebnahme einer online Ionenquelle für TRIGA-SPEC

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Abstract

Der Nachweis des neutrinolosen doppelten Elektroneneinfangs kann zum Beweis des Majoranacharakters von Neutrinos verwendet werden. Übergänge mit einer Energieentartung zwischen dem Anfangs- und dem Endzustand weisen eine resonante Verstärkung der Zerfallsrate auf, so dass diese besonders für Experimente in der Neutrinophysik geeignet sind. Um solche resonanten Übergänge zu identifizieren, spielen genaue Q-Wert-Messungen mit Penningfallen-Massenspektrometern eine wichtige Rolle. In dieser Arbeit wurde die Resonanzbedingung des neutrinolosen doppelten Elektroneneinfangs in den Nukliden Cd-106, Cd-108, und Os-184 durch Q-Wert-Messungen mit dem Penningfallen-Massenspektrometer TRIGA-TRAP untersucht. Zusätzlich wurde der Q-Wert des doppelten Beta-Zerfalls in Pd-110 bestimmt. Desweiteren wurde eine Hochspannungsplattform und eine on-line Ionenquelle für die Ionisation von kurzlebigen neutronenreichen Spaltprodukten für das TRIGA-SPEC-Experiment am Forschungsreaktor TRIGA Mainz aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. Mit diesem Aufbau soll ein radioaktiver Ionenstrahl für hochpräzise Massenmessungen und kollineare Laserspektroskopie zur Verfügung gestellt werden. Die Spaltprodukte werden an Aerosole gebunden, um sie mit Hilfe eines Gasjet-Transportsystems vom Reaktor in die Ionenquelle zu transportieren. Dies stellt besondere Anforderungen an die Ionenquelle dar, da sie unter einer hohen Gaslast arbeiten und die Bindung zwischen Aerosolteilchen und Spaltprodukt aufbrechen muss. Es wurde untersucht, ob eine 2.45 GHz EZR-Ionenquelle für diesen Zweck geeignet ist.

Translation of abstract (English)

The observation of neutrinoless double-electron capture would prove the Majorana character of neutrinos. Transitions with an energy degeneracy of the initial and fi nal state show a resonant enhancement of the decay rate and would be important for neutrino physics experiments. In order to identify such transitions, precise Q-value measurements with Penning-trap mass spectrometers play a key role. In this thesis, the resonance conditions of neutrinoless double-electron capture in Cd-106, Cd-108, and Os-184 were investigated by Q-value measurements with the Penning-trap mass spectrometer TRIGA-TRAP. In addition, the Q value of the double-beta decay in Pd-110 was measured. A high-voltage platform and an on-line ion source for the ionization of short-lived neutron-rich ssion products for the TRIGA-SPEC experiment located at the research reactor TRIGA Mainz has been commissioned and tested. The aim is to provide a radioactive ion beam for high-precision mass spectrometry and collinear laser spectroscopy. For the extraction from the TRIGA reactor, the fission products are attached to aerosol particles and transported with a gas-jet system to the on-line ion source. This ion source has to cope with a high gas load and has to destroy the bond between fission product and aerosol particle. It was investigated, whether an 2.45 GHz ECR ion source is suited for this task.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Blaum, Prof. Dr. Klaus
Date of thesis defense: 20 July 2012
Date Deposited: 31 Jul 2012 14:36
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Neutrino, Ionenfalle, Massenspektrometrie, Ionenquelle, Aerosol, Heidelberg / Max-Planck-Institut für Kernphysik, Kernphysik
Uncontrolled Keywords: Penningfalle , Doppelter Beta-Zerfall , Doppelter Elektroneneinfang , EZR-Ionenquellepenning trap , double-beta decay , double-electron capture , neutrino , ECR ion source
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