Authors:	Even, Julia
Title:	Developments for transactinide chemistry experiments behind the gas-filled separator TASCA
Online publication date:	22-Dec-2011
Year of first publication:	2011
Language:	english
Abstract:	Topic of this thesis is the development of experiments behind the gas-filled separator TASCA(TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) to study the chemical properties of the transactinide elements.rnIn the first part of the thesis, the electrodepositions of short-lived isotopes of ruthenium and osmium on gold electrodes were studied as model experiments for hassium. From literature it is known that the deposition potential of single atoms differs significantly from the potential predicted by the Nernst equation. This shift of the potential depends on the adsorption enthalpy of therndeposited element on the electrode material. If the adsorption on the electrode-material is favoured over the adsorption on a surface made of the same element as the deposited atom, the electrode potential is shifted to higher potentials. This phenomenon is called underpotential deposition.rnPossibilities to automatize an electro chemistry experiment behind the gas-filled separator were explored for later studies with transactinide elements.rnThe second part of this thesis is about the in-situ synthesis of transition-metal-carbonyl complexes with nuclear reaction products. Fission products of uranium-235 and californium-249 were produced at the TRIGA Mainz reactor and thermalized in a carbon-monoxide containing atmosphere. The formed volatile metal-carbonyl complexes could be transported in a gas-stream.rnFurthermore, short-lived isotopes of tungsten, rhenium, osmium, and iridium were synthesised at the linear accelerator UNILAC at GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt. The recoiling fusion products were separated from the primary beam and the transfer products in the gas-filled separator TASCA. The fusion products were stopped in the focal plane of TASCA in a recoil transfer chamber. This chamber contained a carbon-monoxide – helium gas mixture. The formed metal-carbonyl complexes could be transported in a gas stream to various experimental setups. All synthesised carbonyl complexes were identified by nuclear decay spectroscopy. Some complexes were studied with isothermal chromatography or thermochromatography methods. The chromatograms were compared with Monte Carlo Simulations to determine the adsorption enthalpyrnon silicon dioxide and on gold. These simulations based on existing codes, that were modified for the different geometries of the chromatography channels. All observed adsorption enthalpies (on silcon oxide as well as on gold) are typical for physisorption. Additionally, the thermalstability of some of the carbonyl complexes was studied. This showed that at temperatures above 200 °C therncomplexes start to decompose.rnIt was demonstrated that carbonyl-complex chemistry is a suitable method to study rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium, hassium, and meitnerium. Until now, only very simple, thermally stable compounds have been synthesized in the gas-phase chemistry of the transactindes. With the synthesis of transactinide-carbonyl complexes a new compound class would be discovered. Transactinide chemistry would reach the border between inorganic and metallorganic chemistry.rnFurthermore, the in-situ synthesised carbonyl complexes would allow nuclear spectroscopy studies under low background conditions making use of chemically prepared samples. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Experimenten hinter dem gasgefüllten Separator TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) zur Studie des chemischen Verhaltens der Transactinide. Zum einen wurde die Möglichkeit der elektrochemischen Abscheidung kurzlebiger Isotope derrnElemente Ruthenium und Osmium auf Goldelektroden im Hinblick auf ein Experiment mit Hassium untersucht. Aus der Literatur ist bekannt, dass bei der elektrochemischen Abscheidungrneinzelner Atome das Abscheidepotential signifikant vom Nernst Potential abweicht. Die Verschiebung des Potentials hängt von der Adsorptionsenthalpie des abzuscheidenden Elements auf dem Elektrodenmaterial ab. Wenn die Adsorption auf dem Elektrodenmaterial gegenüber der Adsorption auf einer Oberfläche aus dem abzuscheidenen Element bevorzugt ist, so verschiebt sich das Potential zu höheren Werten und man spricht von Unterpotentialabscheidung. Möglichkeitenrnautomatisierter Elektrochemieexperimente hinter dem gas-gefüllten Separator TASCA wurden untersucht, um spätere Studien mit Transaktiniden durchführen zu können.rnDer zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der In-situ-Synthese flüchtiger Carbonylkomplexe mit Kernreaktionsprodukten. Spaltprodukte des Uran-235 und Californium-249 wurden am TRIGA Mainz Reaktor erzeugt und in kohlenstoffmonoxidhaltiger Atmosphäre thermalisiert. Die gebildetenrnflüchtigen Komplexe der Übergangsmetalle konnten im Gasstrom transportiert werden. Desweiteren wurden kurzlebige Isotope der Elemente Wolfram, Rhenium, Osmium und Iridium am Linearbeschleuniger UNILAC am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, in Kernfusionreaktionen erzeugt und im gasgefüllten Separator TASCA vom Ionenstrahl und den Transferprodukten getrennt. Die Kernfusionprodukte wurden in TASCAs Fokalebene in einerrnRückstoßkammer in einer Kohlenstoffmonoxid-Helium Gasmischung thermalisiert. Die so erzeugten Carbonyl-Komplexe kurzlebiger Isotope wurden mittels kernsprektroskopischer Methoden identifiziert und zum Teil gaschromatographisch untersucht. Anhand des Vergleichs mit Monte Carlo Simulationen wurde die Adsorptionsenthalpien auf Siliziumdioxid- und Goldoberflächen bestimmt. Die Monte Carlo Simulationen basieren auf bereits existierenden Programmen und wurden den Geometrien der Chromatographiesäulen entsprechend modifiziert.rnAlle ermittelten Adorptionsenthalpien - auf Silziumoxid sowie auf Gold – sind typisch für Physisorption. In einigen Fällen wurde auch die thermische Stabilität der Carbonylkomplexe untersucht. Hierbei zeigte sich, dass ab Temperaturen von über 200 °C die Komplexe zerstört werden. Es wurde gezeigt, dass Carbonyl-Komplex-Chemie eine geeignete Methode ist, um diernTransactinide Rutherfordium, Dubnium, Seaborgium, Bohrium, Hassium und Meitnerium zu untersuchen.rnBisher war es in der Gasphasenchemie der Transaktinide nur möglich, einfache, anorganische Verbindungen zu synthetisieren. Die Synthese von Transaktinid-Carbonyl-Komplexen würde den Zugang zu einer neuen Verbindungsklasse in der Transaktinidchemie ermöglichen und einen wichtigen Schritt hin zur metallorganischen Chemie der Transactinide bedeuten.rnDesweiteren können Carbonyl-Komplexe genutzt werden, um Kernspektroskopieexperimente mit chemisch präparativen Methoden durchzuführen.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2138
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-29713
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	231 S.
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