Pushing the limits of resonance ionization mass spectrometry - ionization efficiency in palladium and spectral resolution in technetium

Resonance ionization mass spectrometry is a versatile technique for highly selective ionization and optical spectroscopy. It uses stepwise, resonant excitation and subsequent ionization of atoms via powerful, precisely tuned laser radiation, followed by conventional mass spectrometry. As the method offers high isotope selectivity, it is used at on-line facilities worldwide to produce highly pure ion beams for the investigation of atomic and nuclear properties of the most exotic nuclei. This thesis presents advancements on two key aspects of the method: ionization efficiency and spectral resolution. In the first part of this thesis, new highly efficient excitation ladders for palladium are developed, to facilitate high-precision measurements on neutron-rich radioisotopes. Measurements at two different mass separator setups yield excellent efficiencies well above 50 % which are the highest efficiencies presently reported for laser ion sources. The second part of this thesis presents the development of a new laser prototype and a special laser ion source, which enable precise spectroscopy with highest spectral resolution. Both instruments are used for high-resolution hyperfine structure spectroscopy in radioactive Tc-97,98,99 using small samples of down to 10^11 atoms. The detailed analysis of the highly resolved spectra allows the precise determination of nuclear moments and other parameters.Resonanzionisations-Massenspektrometrie ist eine vielseitige Technik für die hochselektive Ionisation und die optische Spektroskopie. Sie nutzt schrittweise, resonante Anregung und anschließenden Ionisation von Atomen mittels leistungsstarker, präzise abgestimmter Laserstrahlung, gefolgt von konventioneller Massenspektrometrie. Da die Methode eine hohe Isotopenselektivität besitzt, wird sie weltweit an On-line-Einrichtungen zur Produktion von hochreinen Ionenstrahlen für die Untersuchung von atomaren Eigenschaften und die Eigenschaften des Kerns von exotischen Nukliden genutzt. Die vorliegende Arbeit präsentiert die Verbesserung von zwei wichtigen Kernaspekten der Methode: Ionisationseffizienz und spektrale Auflösung. Der erste Teil der Arbeit präsentiert die Entwicklung von neuen hocheffizienten Anregungsleitern für Palladium, um Hochpräzisionsexperimente an den neutronenreichen Radioisotopen zu ermöglichen. Messungen an zwei unterschiedlichen Massenseparatoren erzielen hervorragende Effizienzen von weit über 50 %, was die zurzeit höchsten Effizienzwerte für Laserionenquellen darstellt. Der zweite Teil dieser Arbeit präsentiert die Entwicklung eines neuen Laserprototyps und einer speziellen Laserionenquelle, welche präzise Spektroskopie mit höchster spektraler Auflösung ermöglichen. Mit beiden Instrumenten wird, an kleinen Proben von bis hinunter zu 10^11 Atomen, hochauflösende Spektroskopie der Hyperfeinstruktur in radioaktivem Tc-97,98,99 durchgeführt. Mittels einer detaillierten Analyse der hochaufgelösten Spektren werden Kernmomente und weiterer Parameter bestimmt