Produktion von 163Ho and Präparation hochreiner 163Ho Proben

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Düllmann
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254114301

Für ECHo werden mg-Mengen von radiochemisch reinstem 163Ho am ILL Grenoble durch Neutronenbestrahlung von angereichertem 162Er produziert. Vor Bestrahlung werden am Inst. für Kernchemie, U. Mainz, Spuren der Elemente, die leichter als Er sind, chemisch abgetrennt, was die Bildung unerwünschter Radionuklide unterdrückt. Nach Bestrahlung wird Ho durch Hochleistungsflüssigchromatographie isoliert. Die so erhaltene Ho-Fraktion besteht vorwiegend aus 163Ho, enthält aber auch 165Ho und 166mHo, deren Bildung in der Bestrahlung nicht vollständig unterdrückt werden kann. Das 163Ho wird mittels Resonanzionisationsmassenseparation am RISIKO-Massenseparator, Inst. für Physik, U. Mainz, isoliert und in Chips mit Metallischen Magnetischen Kalorimetern (MMCs), die in der RISIKO-Fokalebene angebracht sind, implantiert. Dies kombiniert die Isotopentrennung und die Ionenimplantation in die Detektorabsorber in einem einzigen, hocheffizienten Schritt. Nach der Etablierung dieses generellen Arbeitsschemas in der ersten Forschergruppen-Phase, sind Folgendes die Hauptaufgaben der Arbeitsgruppe 1 in der zweiten Phase: (i) 163Ho Produktion am ILL, chemische Isolierung des Ho, Charakterisierung der erhaltenen Probe; (ii) chemische 163Ho Probenpräparation für RISIKO, für Pentatrap und für Beschleunigermassenspektrometrie (AMS)-Messungen zur experimentellen Verifizierung der Abwesenheit von 166mHo; (iii) Adaption der RISIKO Implantationsregion zur Handhabung der ECHo-Wafer, um höchstqualitative, reproduzierbare Implantation der großen 163Ho-Mengen garantieren zu können; (iv) Implementierung einer "Pulsed-Laser-Deposition"-Einheit in der RISIKO Fokalebene, um die negativen Effekte des Absputterns von bis zu 30 Atomen durch jedes implantierende 163Ho-Ion zu kompensieren; (v) Installation eines schnellen elektrostatischen RISIKO Strahl-Gates, welches synchronisiert mit der 10 kHz Laserrepetitionsrate betrieben wird und verhindert, dass Atome, welche außerhalb der Ionenquelle ionisiert werden und dadurch RISIKO außerhalb des Pakets der erwünschten Teilchen durchlaufen, in die MMCs implantiert werden. Dies erlaubt eine zusätzliche 10-100-fache 166mHo Unterdrückung; (vi) Weiterentwicklung der RISIKO-Ionenquelle für höhere Strahlströme und verbesserte Selektivität; (vii) experimentelle Messung des 163Ho:166mHo-Verhältnisses in MMCs mittels AMS an der DREAMS-Anlage, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf; (viii) Implantation der ECHo-100k Detektoren zur Messung des 163Ho-Hochstatistikspektrums; (ix) Etablierung der Rückgewinnung von 163Ho für künftige, massiv höhere Bedarfe jenseits von ECHo-100k, welchen dadurch vermutlich kosteneffizienter Rechnung getragen werden kann, als mittels linearem Hochskalieren der Reaktorproduktion und dem bisher angewandten "once-through" Zyklus; durch die langen Zeitskalen für Produktion, Isolation und Charakterisierung großer Mengen von 163Ho, ist ein Entwicklungsbeginn in der zweiten Forschergruppen-Phase zwingend für langfristigen Erfolg von ECHo.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2202: Neutrino Mass Determination by Electron Capture in Holmium-163 (ECHo)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Klaus D.A. Wendt