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is 244 bestimmt worden.
Über die Arbeiten mit dem Titan-Saphir Lasersystem wurde auf 4 Konferenzen berichtet. Dies waren
Vorträge auf den Frühjahrstagungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1998 in Konstanz und 1999
in Heidelberg und dem InCom’99 Symposium in Düsseldorf. Auf dem Symposium ” Resonance Ionisation
Spectroscopy“ 1998 in Manchester wurde ein Poster vorgestellt. Auf der Messe ” Laser 99“ in München
wurde ein Titan-Saphir Laser einem breiten Publikum präsentiert.
7.1.2 Bestimmung der Ionisationsenergien von Curium und Plutonium
Bearbeiter: Dipl.-Phys. Stefan Köhler
Hauptbetreuer: Dr. N. Trautmann
Die Ionisationsenergie (IP) spielt als fundamentale Größe eines Elements in vielen physikalischen und chemischen
Prozessen eine wichtige Rolle. Ihre präzise Bestimmung dient der Untersuchung systematischer
Trends in den Bindungsenergien und unterstützt die Interpretation atomarer Spektren. Zudem kann die
Ionisationsenergie als Test für Multi-Konfigurations-Dirac-Fock-Rechnungen dienen. Die präzisesten Bestimmungen
der Ionisationsenergien wurden mittels Laserspektroskopie durchgeführt. So wurde die Ionisationsenergie
des schwersten bisher untersuchten Elements, Plutonium, über die Konvergenzen von
Rydbergserien ermittelt, wobei jedoch bis zu 2 g Plutonium eingesetzt werden mussten. Für die schwereren
Aktiniden existieren nur Vorhersagen der Ionisationsenergien, die aus spektroskopischen Daten abgeleitet
sind.
Aufgrund der hohen Nachweiseffizienz der Resonanzionisations-Massenspektroskopie, die atomspektroskopische
Untersuchungen auch bei sehr geringen Probenmengen (≤ 10 12 Atome) zulässt, ist es möglich, die
Ionisationsenergie der schwereren Aktiniden zu bestimmen, welche nur in geringen Mengen zugänglich und
handhabbar sind.
Hierzu wird dem Coulombpotential des Atoms ein externes, statisches elektrisches Feld überlagert, so dass
es nach dem klassischen Sattelpunktmodell zu einer Absenkung des Potentials in Richtung des elektrischen
Feldes kommt. Die energetische Lage des entstehenden Sattelpunkts ist linear von der Wurzel der elektrischen
Feldstärke abhängig. Alle Zustände, die nun energetisch über dem Sattelpunkt liegen, werden
feldionisiert. Den Sattelpunkt bezeichnet man daher als Ionisationsschwelle im elektrischen Feld. Experimentell
wird mit Hilfe eines Lasersystems, bestehende aus drei durchstimmbaren Farbstofflasern und zwei
Kupferdampflasern, ein angeregter Zustand des Atoms in zwei Stufen durch Laserlicht resonant populiert.
Das in einem vorgegebenen statischen elektrischen Feld befindliche Atom wird dann durch einen weiteren
Laserstrahl ionisiert, dessen Frequenz durchgestimmt wird. Die erzeugten Ionen werden in einem Flugzeitspektrometer
massenselektiv nachgewiesen. Die Lage der Ionisationsschwelle wird durch den spontanen
Anstieg des Ionensignals bestimmt. Führt man diese Messung bei unterschiedlichen Feldstärken durch, so
kann die Ionisatiosnenergie nach dem Sattelpunktmodell durch Extrapolation der Ionisationsschwelle auf
die Feldstärke Null bestimmt werden.
Auf diese Art und Weise wurde die Ionisationsenergie von 248 Cm über 15 Messpunkte mit insgesamt nur
6 · 10 12 Atomen zu IP( 248 Cm) = 48324(2) cm −1 ≡ 5.9915(2) eV zum ersten Mal bestimmt. Die Ionisationsenergie
von 239 Pu wurde zur Bestätigung der Methode erneut gemessen und zu IP( 239 Pu) = 48601(2)
cm −1 ≡ 6.0258(2) eV erhalten, wobei 1·10 12 Atome (0.4 ng) verwendet wurden. Die Übereinstimmung mit
dem durch Rydbergkonvergenzen ermittelten Literaturwert von IP( 239 Pu) = 48604(1) cm −1 ≡ 6.0262(2)
eV ist hervorragend und bestätigt die hohe Präzision der verwendeten Methode. Die hohe Empfindlichkeit
der Resonanzionisations-Massenspektroskopie wurde im Hinblick auf die Spurenanalyse von Curium
exploriert, wobei eine Nachweisgrenze für Curium von 7 · 10 6 Atomen angegeben werden kann.
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