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Kontrolle der Umwelteinflüsse auf THe-Trap am Beispiel der Bestimmung des Massenverhältnisses von Kohlenstoff-12 zu Sauerstoff-16

Streubel, Sebastian Dennis

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PDF, German
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Abstract

Tritium-Helium-3-Trap (THe-Trap) ist ein Penningfallen-Aufbau, um das Massenverhältnis von 3H zu 3He mit einer relativen Unsicherheit von weniger als 10^-11 zu bestimmen. Dies ist 40 mal präziser als der aktuell gemessene Wert und wird daher helfen, mögliche systematische Unsicherheiten des Karlsruhe Tritium Neutrino Experimentes (KATRIN) zu bestimmen. Um die anvisierte Genauigkeit zu erreichen, sind verschiedene Umwelteinflüsse, wie Luftdruck- und Magnetfeldfluktuationen, zu unterdrücken. Mit den implementierten Stabilisierungssystemen kann der relative Magnetfelddrift auf wenige 10^-12/h über einen Zeitraum von Wochen reduziert werden. Zur Bestimmung systematischer Effekte, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Massenverhältnis von 12C4+ zu 16O5+ bestimmt. Diese Messung hatte eine statistische Unsicherheit von 6,3*10^-11, welche durch bessere Statistik über längere Messzeiten verbessert werden kann. Während die systematische Genauigkeit der 12C4+-Ionen auf einem Niveau von 10^-11 verstanden ist, konnten die entsprechenden systematischen Verschiebungen bei 16O5+ aufgrund eines schlechten Vakuums nicht quantifiziert werden. Ohne diese Korrekturen wurde eine systematische Unsicherheit im 12C/16O-Massenverhältnis von 1,2*10^-10 erreicht.

Translation of abstract (English)

Tritium-Helium-3-Trap (THe-Trap) is a Penning-trap setup dedicated to measure the 3H to 3He mass ratio with a relative uncertainty of better than 10^-11. This is 40 times more precise than the currently adopted value and, thus, will help to investigate possible systematic uncertainties of the Karlsruhe Tritium Neutrino experiment (KATRIN). To achieve the desired level of uncertainty, several environmental influences such as atmospheric pressure shifts and magnetic field fluctuations have to be suppressed. With the implemented stabilization system, the relative magnetic field drift could be reduced to a few 10^-12/h for a time span of several weeks. Within the context of this thesis a mass ratio measurement of 12C4+ to 16O5+ was performed to characterize systematic effects. This measurement yielded a statistical uncertainty of 6,3*10^-11, which can easily be improved with more statistics, i.e. a longer measurement time. While the systematic uncertainty for 12C4+-ions were under control at the 10^-11 level, the systematic shifts could not be quantified for 16O5+ due to poor vacuum conditions. Without these corrections, a systematic uncertainty of 1,2*10^-10 could be achieved for the 12C/16O mass ratio measurement.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Blaum, Prof. Dr. Klaus
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 16 April 2014
Date Deposited: 14 May 2014 08:01
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
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