Desenvolvimento de um sistema de verificação dosimétrica tridimensional utilizando Solução Fricke gel na aplicação para a verificação da Radioterapia em Arco Modulado Volumétrico (VMAT) nos tratamentos com movimentação do alvo pela respiração

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Desenvolvimento farmacotécnico de um radioimunoconjugado para terapia de linfoma não-Hodgkin

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Applications of Stable Isotope Ratio Analysis for Social Science Research

Stable Isotope Ratio Analysis (SIRA) is the measurement of variation in different isotopes of same elements in a material. This technique is well-established in the natural sciences and has been long part of the methodological arsenal in fields such as geology and biology. More recently this technique has begun to be utilized in the social sciences, moving from initial applications in anthropology to potential uses in geography, public health, forensic science, and others. This presentation will discuss the techniques behind SIRA, examples of current applications in the natural and social sciences, and potential avenues of future research.

Cavity-enhanced spectroscopies for applications of remote sensing, chemical kinetics and detection of radical species

This thesis describes applications of cavity enhanced spectroscopy towards applications of remote sensing, chemical kinetics and detection of transient radical molecular species. Both direct absorption spectroscopy and cavity ring-down spectroscopy are used in this work. Frequency-stabilized cavity ring-down spectroscopy (FS-CRDS) was utilized for measurements of spectral lineshapes of O₂ and CO₂ for obtaining laboratory reference data in support of NASA’s OCO-2 mission. FS-CRDS is highly sensitive (> 10 km absorption path length) and precise (> 10000:1 SNR), making it ideal to study subtle non-Voigt lineshape effects. In addition, these advantages of FS-CRDS were further extended for measuring kinetic isotope effects: A dual-wavelength variation of FS-CRDS was used for measuring precise D/H and ¹³C/¹²C methane isotope ratios (sigma>0.026%) for the purpose of measuring the temperature dependent kinetic isotope effects of methane oxidation with O(¹D) and OH radicals. Finally, direct absorption spectroscopic detection of the trans-DOCO radical via a frequency combs spectrometer was conducted in collaboration with professor Jun Ye at JILA/University of Colorado.

Stable Isotope Probing:Linking Functional Activity to Specific Members of Microbial Communities

Linking organisms or groups of organisms to specific functions within natural environments is a fundamental challenge in microbial ecology. Advances in technology for manipulating and analyzing nucleic acids have made it possible to characterize the members of microbial communities without the intervention of laboratory culturing. Results from such studies have shown that the vast majority of soil organisms have never been cultured, highlighting the risks of culture-based approaches in community analysis. The development of culture-independent techniques for following the flow of substrates through microbial communities therefore represents an important advance. These techniques, collectively known as stable isotope probing (SIP), involve introducing a stable isotope-labeled substrate into a microbial community and following the fate of the substrate by extracting diagnostic molecular species such as fatty acids and nucleic acids from the community and determining which specific molecules have incorporated the isotope. The molecules in which the isotope label appears provide identifying information about the organism that incorporated the substrate. Stable isotope probing allows direct observations of substrate assimilation in minimally disturbed communities, and thus represents an exciting new tool for linking microbial identity and function. The use of lipids or nucleic acids as the diagnostic molecule brings different strengths and weaknesses to the experimental approach, and necessitates the use of significantly different instrumentation and analytical techniques. This short review provides an overview of the lipid and nucleic acid approaches, discusses their strengths and weaknesses, gives examples of applications in various settings, and looks at prospects for the future of SIP technology.

Monte Carlo Analysis and Physics Characterization of a Novel Nanoparticle Detector for Medical and Micro-dosimetry Applications

The outcomes for both (i) radiation therapy and (ii) preclinical small animal radio- biology studies are dependent on the delivery of a known quantity of radiation to a specific and intentional location. Adverse effects can result from these procedures if the dose to the target is too high or low, and can also result from an incorrect spatial distribution in which nearby normal healthy tissue can be undesirably damaged by poor radiation delivery techniques. Thus, in mice and humans alike, the spatial dose distributions from radiation sources should be well characterized in terms of the absolute dose quantity, and with pin-point accuracy. When dealing with the steep spatial dose gradients consequential to either (i) high dose rate (HDR) brachytherapy or (ii) within the small organs and tissue inhomogeneities of mice, obtaining accurate and highly precise dose results can be very challenging, considering commercially available radiation detection tools, such as ion chambers, are often too large for in-vivo use.

In this dissertation two tools are developed and applied for both clinical and preclinical radiation measurement. The first tool is a novel radiation detector for acquiring physical measurements, fabricated from an inorganic nano-crystalline scintillator that has been fixed on an optical fiber terminus. This dosimeter allows for the measurement of point doses to sub-millimeter resolution, and has the ability to be placed in-vivo in humans and small animals. Real-time data is displayed to the user to provide instant quality assurance and dose-rate information. The second tool utilizes an open source Monte Carlo particle transport code, and was applied for small animal dosimetry studies to calculate organ doses and recommend new techniques of dose prescription in mice, as well as to characterize dose to the murine bone marrow compartment with micron-scale resolution.

Hardware design changes were implemented to reduce the overall fiber diameter to <0.9 mm for the nano-crystalline scintillator based fiber optic detector (NanoFOD) system. Lower limits of device sensitivity were found to be approximately 0.05 cGy/s. Herein, this detector was demonstrated to perform quality assurance of clinical 192Ir HDR brachytherapy procedures, providing comparable dose measurements as thermo-luminescent dosimeters and accuracy within 20% of the treatment planning software (TPS) for 27 treatments conducted, with an inter-quartile range ratio to the TPS dose value of (1.02-0.94=0.08). After removing contaminant signals (Cerenkov and diode background), calibration of the detector enabled accurate dose measurements for vaginal applicator brachytherapy procedures. For 192Ir use, energy response changed by a factor of 2.25 over the SDD values of 3 to 9 cm; however a cap made of 0.2 mm thickness silver reduced energy dependence to a factor of 1.25 over the same SDD range, but had the consequence of reducing overall sensitivity by 33%.

For preclinical measurements, dose accuracy of the NanoFOD was within 1.3% of MOSFET measured dose values in a cylindrical mouse phantom at 225 kV for x-ray irradiation at angles of 0, 90, 180, and 270˝. The NanoFOD exhibited small changes in angular sensitivity, with a coefficient of variation (COV) of 3.6% at 120 kV and 1% at 225 kV. When the NanoFOD was placed alongside a MOSFET in the liver of a sacrificed mouse and treatment was delivered at 225 kV with 0.3 mm Cu filter, the dose difference was only 1.09% with use of the 4x4 cm collimator, and -0.03% with no collimation. Additionally, the NanoFOD utilized a scintillator of 11 µm thickness to measure small x-ray fields for microbeam radiation therapy (MRT) applications, and achieved 2.7% dose accuracy of the microbeam peak in comparison to radiochromic film. Modest differences between the full-width at half maximum measured lateral dimension of the MRT system were observed between the NanoFOD (420 µm) and radiochromic film (320 µm), but these differences have been explained mostly as an artifact due to the geometry used and volumetric effects in the scintillator material. Characterization of the energy dependence for the yttrium-oxide based scintillator material was performed in the range of 40-320 kV (2 mm Al filtration), and the maximum device sensitivity was achieved at 100 kV. Tissue maximum ratio data measurements were carried out on a small animal x-ray irradiator system at 320 kV and demonstrated an average difference of 0.9% as compared to a MOSFET dosimeter in the range of 2.5 to 33 cm depth in tissue equivalent plastic blocks. Irradiation of the NanoFOD fiber and scintillator material on a 137Cs gamma irradiator to 1600 Gy did not produce any measurable change in light output, suggesting that the NanoFOD system may be re-used without the need for replacement or recalibration over its lifetime.

For small animal irradiator systems, researchers can deliver a given dose to a target organ by controlling exposure time. Currently, researchers calculate this exposure time by dividing the total dose that they wish to deliver by a single provided dose rate value. This method is independent of the target organ. Studies conducted here used Monte Carlo particle transport codes to justify a new method of dose prescription in mice, that considers organ specific doses. Monte Carlo simulations were performed in the Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) toolkit using a MOBY mouse whole-body phantom. The non-homogeneous phantom was comprised of 256x256x800 voxels of size 0.145x0.145x0.145 mm3. Differences of up to 20-30% in dose to soft-tissue target organs was demonstrated, and methods for alleviating these errors were suggested during whole body radiation of mice by utilizing organ specific and x-ray tube filter specific dose rates for all irradiations.

Monte Carlo analysis was used on 1 µm resolution CT images of a mouse femur and a mouse vertebra to calculate the dose gradients within the bone marrow (BM) compartment of mice based on different radiation beam qualities relevant to x-ray and isotope type irradiators. Results and findings indicated that soft x-ray beams (160 kV at 0.62 mm Cu HVL and 320 kV at 1 mm Cu HVL) lead to substantially higher dose to BM within close proximity to mineral bone (within about 60 µm) as compared to hard x-ray beams (320 kV at 4 mm Cu HVL) and isotope based gamma irradiators (137Cs). The average dose increases to the BM in the vertebra for these four aforementioned radiation beam qualities were found to be 31%, 17%, 8%, and 1%, respectively. Both in-vitro and in-vivo experimental studies confirmed these simulation results, demonstrating that the 320 kV, 1 mm Cu HVL beam caused statistically significant increased killing to the BM cells at 6 Gy dose levels in comparison to both the 320 kV, 4 mm Cu HVL and the 662 keV, 137Cs beams.

Do changes in carbon allocation account for the growth response to potassium and sodium applications in tropical Eucalyptus plantations?

Understanding the underlying mechanisms that account for the impact of potassium (K) fertilization and its replacement by sodium (Na) on tree growth is key to improving the management of forest plantations that are expanding over weathered tropical soils with low amounts of exchangeable bases. A complete randomized block design was planted with Eucalyptus grandis (W. Hill ex Maiden) to quantify growth, carbon uptake and carbon partitioning using a carbon budget approach. A combination of approaches including the establishment of allometric relationships over the whole rotation and measurements of soil CO2 efflux and aboveground litterfall at the end of the rotation were used to estimate aboveground net production (ANPP), total belowground carbon flux and gross primary production (GPP). The stable carbon isotope (delta C-13) of stem wood alpha-cellulose produced every year was used as a proxy for stomatal limitation of photosynthesis. Potassium fertilization increased GPP and decreased the fraction of carbon allocated belowground. Aboveground net production was strongly enhanced, and because leaf lifespan increased, leaf biomass was enhanced without any change in leaf production, and wood production (P-W) was dramatically increased. Sodium application decreased the fraction of carbon allocated belowground in a similar way, and enhanced GPP, ANPP and P-W, but to a lesser extent compared with K fertilization. Neither K nor Na affected delta C-13 of stem wood alpha-cellulose, suggesting that water-use efficiency was the same among the treatments and that the inferred increase in leaf photosynthesis was not only related to a higher stomatal conductance. We concluded that the response to K fertilization and Na addition on P-W resulted from drastic changes in carbon allocation.

Isotope geochemical and geochronologic studies of basement units in the Central Western Carpathians (Slovakia)

In dieser Arbeit werden geochronologische und isotopen-geochemische Daten zur Entwicklung der Zentralen Westlichen Karpathen präsentiert. Die Karpathen bilden die östliche Fortsetzung der Alpen und können in drei Alpine Grundgebirgsdecken unterteilt werden, von denen zwei, die Veporische und die Gemerische, bearbeitet wurden. In der Veporischen Einheit wurden polymetamorphe Grundgebirgseinheiten untersucht, um deren genaue Altersstellung zu definieren und sie isotopengeochemisch zu klassifizieren. Dagegen wurde in der der Gemerischen Einheit, welche die Veporische Einheit überlagert, ein spezialisierter S-Typ Granit im Detail untersucht, um die petrogenetischen Prozesse, die zur magmatischen Entwicklung dieses Granits geführt haben, zu identifizieren. U-Pb Datierungen an Zirkonen der Veporischen Grundgebirgseinheiten zeigen für die gesamte Veporische Einheit ordovizische Entsehungsalter an (440-470 Ma). Diese Datierungen revidieren publizierte kambrische Entstehungsalter dieses Grundgebirges. Die Isotopensignatur (epsilon Nd und 87Sr/86Sr) der ordovizischen Grundgebirgseinheiten, bestehend aus stark überprägten Amphiboliten und Gneissen, ist von der Signatur der sich im Norden anschliessenden Tatrischen Einheit gut unterscheidbar. Die Bleiisotopenzusammensetzung dieser Gesteine ist stark krustal geprägt und überschneidet sich mit der der Tatrischen Einheit. Zusammen mit den T-DM Altern sind diese Einheiten vergleichbar mit prävariskischen Einheiten der Alpen. Somit kann das ordovizische Grundgebirge zu den peri-Gondwana Terranen gezählt werden, die an einem aktiven Kontinentalrand im Norden von Gondwana gebildet wurden. In den Gesteinen der Veporischen Einheit wurde im Weiteren eine starke metamorphe überprägung und intensiver felsischer Magmatismus karbonischen Alters erkannt (320-350 Ma). Dieses Ereignis ist zeitgleich mit dem Magmatismus, welcher hauptsächlich in der sich im Norden anschliessenden Tatrischen Einheit beobachtet wird. Dieser gehört der variskischen Orogenese an. Intensive alpine Deformation und Metamorphose konnte in der südlichen Veporischen Einheit anhand der Einzelzirkondatierungen und der Isotopendaten der ordovizischen Einheiten nachgewiesen werden. Am Dlha Dolina Granit in der Gemerischen Einheit können starke Fraktionierungs- und Auto-Metasomatose-Effekte beobachtet werden. Durch die magmatische Fraktionierung wird eine Anreicherung der SEE erzeugt, wogegen die Metasomatose die SEE stark verarmt. Es kommt sogar zur Ausbildung eines Tetraden Effektes im SEE Muster, welche den starken Einfluss von Fluiden während der spät-magmatischen Phase belegt. Gesamtgesteins Pb-Pb Daten beschränken das minimale Intrusionsalter dieses Granites auf 240 Ma. Dieses Alter ist in guter übereinstimmung mit den Sr-Isotopendaten der magmatisch dominierten Gesteine, wohingegen die stark metasomatisch geprägten Gesteine ein zu radiogenes 87Sr/86Sri aufweisen. Während dieser Arbeit wurde intensiv mit der Blei-Isotopenzusammensetzung von Gesamtgesteinsproben gearbeitet. Um die Auswertung dieser Daten optimieren zu können wurde ein Computerscript für das GPL Programm Octave erstellt. Die Hauptaufgabe dieses Scripts besteht darin, Regressionen für geochronologische Anwendungen gemäss York (1969) zu berechnen. Ausserdem können mu und kappa-Werte für diese Regressionen berechnet und eine Hauptkomponentenanalyse, welche hilfreich für den Vergleich von zwei Datensätzen ist, durchgeführt werden. Am Ende der vorliegenden Arbeit wird die analytische Methode für einen Mikrowellen beschleunigten Säureaufschluss von granitoidem Material zur Bestimmung der Sr- und Nd-Isotopenzusammensetzung und der Elementkonzentrationen vorgestellt. Diese kombinierte Methode nutzt ein TIMS für die Sr und Nd Isotopenmessungen und eine Einzelkollektor-ICPMS zur Bestimmung der SEE, Rb und Sr Konzentrationen, welche mithilfe von relativen Sensitivitätsfaktoren gegenüber einem internen Standard quantifiziert werden. Diese Methode wird durch Messungen von internationalen Referenzmaterialien bewertet. Die Ergebnisse zeigen eine Reproduzierbarkeit von <10% für die Elementkonzentrationen und von <5% für Elementverhältnisse.

Variation of stable silicon isotopes: Analytical developments and applications in Precambrian geochemistry

Die vorliegende Dissertation behandelt die Gesamtgesteinsanalyse stabiler Siliziumisotope mit Hilfe einer „Multi Collector-ICP-MS“. Die Analysen fanden in Kooperation mit dem „Royal Museum for Central Africa“ in Belgien statt. Einer der Schwerpunkte des ersten Kapitels ist die erstmalige Analyse des δ30Si –Wertes an einem konventionellen Nu PlasmaTM „Multi-Collector ICP-MS“ Instrument, durch die Eliminierung der den 30Si “peak” überlagernden 14N16O Interferenz. Die Analyse von δ30Si wurde durch technische Modifikationen der Anlage erreicht, welche eine höherer Massenauflösung ermöglichten. Die sorgsame Charakterisierung eines adäquaten Referenzmaterials ist unabdingbar für die Abschätzung der Genauigkeit einer Messung. Die Bestimmung der „U.S. Geological Survey“ Referenzmaterialien bildet den zweiten Schwerpunkt dieses Kapitales. Die Analyse zweier hawaiianischer Standards (BHVO-1 and BHVO-2), belegt die präzise und genaue δ30Si Bestimmung und bietet Vergleichsdaten als Qualitätskontrolle für andere Labore. Das zweite Kapitel befasst sich mit kombinierter Silizium-/Sauerstoffisotope zur Untersuchung der Entstehung der Silizifizierung vulkanischer Gesteine des „Barberton Greenstone Belt“, Südafrika. Im Gegensatz zu heute, war die Silizifizierung der Oberflächennahen Schichten, einschließlich der „Chert“ Bildung, weitverbreitete Prozesse am präkambrischen Ozeanboden. Diese Horizonte sind Zeugen einer extremen Siliziummobilisierung in der Frühzeit der Erde. Dieses Kapitel behandelt die Analyse von Silizium- und Sauerstoffisotopen an drei unterschiedlichen Gesteinsprofilen mit unterschiedlich stark silizifizierten Basalten und überlagernden geschichteten „Cherts“ der 3.54, 3.45 und 3.33 Mill. Jr. alten Theespruit, Kromberg und Hooggenoeg Formationen. Siliziumisotope, Sauerstoffisotope und die SiO2-Gehalte demonstrieren in allen drei Gesteinsprofilen eine positive Korrelation mit dem Silizifizierungsgrad, jedoch mit unterschiedlichen Steigungen der δ30Si-δ18O-Verhältnisse. Meerwasser wird als Quelle des Siliziums für den Silizifizierungsprozess betrachtet. Berechnungen haben gezeigt, dass eine klassische Wasser-Gestein Wechselwirkung die Siliziumisotopenvariation nicht beeinflussen kann, da die Konzentration von Si im Meerwasser zu gering ist (49 ppm). Die Daten stimmen mit einer Zwei-Endglieder-Komponentenmischung überein, mit Basalt und „Chert“ als jeweilige Endglieder. Unsere gegenwärtigen Daten an den „Cherts“ bestätigen einen Anstieg der Isotopenzusammensetzung über der Zeit. Mögliche Faktoren, die für unterschiedliche Steigungen der δ30Si-δ18O Verhältnisse verantwortlich sein könnten sind Veränderungen in der Meerwasserisotopie, der Wassertemperatur oder sekundäre Alterationseffekte. Das letzte Kapitel beinhaltet potentielle Variationen in der Quellregion archaischer Granitoide: die Si-Isotopen Perspektive. Natriumhaltige Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit (TTG) Intrusiva repräsentieren große Anteile der archaischen Kruste. Im Gegensatz dazu ist die heutige Kruste kaliumhaltiger (GMS-Gruppe: Granit-Monzonite-Syenite). Prozesse, die zu dem Wechsel von natriumhaltiger zu kaliumhaltiger Kruste führten sind die Thematik diesen Kapitels. Siliziumisotopenmessungen wurden hier kombiniert mit Haupt- und Spurenelementanalysen an unterschiedlichen Generationen der 3.55 bis 3.10 Mill. Yr. alten TTG und GMS Intrusiva aus dem Arbeitsgebiet. Die δ30Si-Werte in den unterschiedlichen Plutonit Generationen zeigen einen leichten Anstieg der Isotopie mit der Zeit, wobei natriumhaltige Intrusiva die niedrigste Si-Isotopenzusammensetzung aufweisen. Der leichte Anstieg in der Siliziumisotopenzusammensetzung über die Zeit könnte auf unterschiedliche Temperaturbedingungen in der Quellregion der Granitoide hinweisen. Die Entstehung von Na-reichen, leichten d30Si Granitoiden würde demnach bei höheren Temperaturen erfolgen. Die Ähnlichkeit der δ30Si-Werte in archaischen K-reichen Plutoniten und phanerozoischen K-reichen Plutoniten wird ebenfalls deutlich.

Molecular plating of thin lanthanide layers with improved material properties for nuclear applications

In der vorliegenden Arbeit werden Experimente beschrieben, die zu einem vertieften Verständnis fundamentaler Prozesse bei der elektrochemischen Herstellung von Dünnschichten, sog. Targets, für kernphysikalische und -chemische Studien führten. Targets wurden mittels 'Molecular Plating' (MP) hergestellt, indem eine Elektrodeposition aus organischem Medium in der Regel bei konstantem Strom in Zwei-Elektroden-Zellen. Die Resultate erlaubten, optimierte Herstellungs-bedingungen zu ermitteln, welche die Produktion deutlich verbesserter Targets erlaubten. MP bei konstantem Strom ist ein massentransportkontrollierter Prozess. Der angelegte Strom wird durch einen konstanten Fluss elektroaktiver Spezies zur Kathode – auf der die Schicht wächst – und Anode aufrechterhalten. Die Untersuchungen zeigten, dass das Zellenpotential des Elektrodepositionsystems immer durch den Ohm'schen Spannungsabfall auf Grund des Widerstandes der verwendeten Lösung dominiert wurde. Dies erlaubte die Herleitung einer Beziehung zwischen dem Zellenpotential und der Konzentration der elektroaktiven Spezies. Die Beziehung erlaubt die Erklärung des gemessenen zeitlichen Verlaufs des Zellenpotentials während der Abscheidung als Funktion der Elektrolytkonzentration. Dies dient als Basis, auf der nun ein umfassenderes Bild der Prozesse, die für die charakteristischen Minima im Potentialverlauf einer Abscheidung verantwortlich sind, gewonnen werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die Minima mit der fast vollständigen Entfernung (durch Abscheidung) der aus einem gelösten Salz erzeugten Nd-Ionen korrespondieren. Die abgeschiedene Spezies wurde als Nd3+ identifiziert, vermutlich als Carboxylat, Oxid oder Hydroxid, was auf Grund der hohen negative Werte des Standardredoxpotentials der Lanthanide verständlich erscheint. Von den vorliegenden elektroaktiven Spezies tragen die Nd3+ Ionen nur zu knapp 20% zum Gesamtstrom bei. Durch Elektrolyse tragen auch die Lösungsmittelkomponenten zu diese Strom bei. Die Gegenwart von elektrolysiertem Lösungsmittel wurde in Analysen der Dünnschichten bestätigt. Diese waren immer mit chemi- und physisorbierten Lösungsmittelmolekülen bedeckt. Die Analyse der Dünnschichten zeigte, dass die Oberflächen von einem furchenartiges Netz durchzogen waren, und dass diese während des Trocknen der Schichten nach dem MP entstanden. Ob die Schichten an Luft oder in inerter Atmosphäre trockneten, hatte keinen Einfluss. Es wurden Experimente mit mehreren Lösungsmitteln durchgeführt, die sich deutlich in ihren physikalischen Eigenschaften, v.a. dem Siedepunkt, unterschieden. Furchenfreie Dünnschichten konnten insbesondere bei MP in N,N-dimethylformamide (DMF) erzeugt werden. Die Verwendung von DMF in Kombination mit einer Abscheidung auf sehr glatten Substraten erlaubte die Produktion von sehr homogenen, glatten und defektfreien Schichten. Diese waren vermutlich geringeren inneren Spannungen während des Trocknens ausgesetzt, als Schichten auf raueren Substraten oder solche, die aus flüchtigeren Lösungsmitteln hergestellt wurden. Die Oberflächenrauigkeit des Substrats und das gewählte Lösungsmittel wurden so als Schlüsselfaktoren für die Produktion hochqualitativer Schichten identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass mit MP eine sehr effiziente Methode zur Herstellung homogener Schichten mit exzellenter Ausbeute ist. In weiteren Experimenten mit dem primordialen Alpha-Emitter 147Sm als Modellisotop wurde die Eignung solcher Schichten als Alpha-Quelle untersucht. Sowohl die Energieauflösung als auch der Anteil der Alpha-Teilchen, die den Detektor erreichten, waren von den Quelleneigenschaften abhängig. Die Effekte wurden verschiedenen Variablen der Dünnschicht zugeordnet, welche die Alpha-Spektren beeinflussten. Dominant war die Wahl des Lösungsmittels und die Rauigkeit des Substrats. Dies beeinflusste Schichtdicke und -morphologie sowie die Art des Schichtwachstums und veränderte die Detektionseffizienz in Alpha-Messungen bis zu 15%. Nur homogene, ebene Schichten, die aus DMF auf glatten Substraten abgeschieden wurden, eignen sich optimal als Alpha-Quelle. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben die optimierte Herstellung nuklearer Targets durch MP. Künftige Anwendungen beinhalten insbesondere die Herstellung von Targets für neutroneninduzierte Spaltexperimente und untergrundarmeAlpha-Messungen sehr kleiner Aktivitäten.

Proposal for an International Molybdenum Isotope Measurement Standard and Data Representation

Molybdenum isotopes are increasingly widely applied in Earth Sciences. They are primarily used to investigate the oxygenation of Earth's ocean and atmosphere. However, more and more fields of application are being developed, such as magmatic and hydrothermal processes, planetary sciences or the tracking of environmental pollution. Here, we present a proposal for a unifying presentation of Mo isotope ratios in the studies of mass-dependent isotope fractionation. We suggest that the δ98/95Mo of the NIST SRM 3134 be defined as +0.25‰. The rationale is that the vast majority of published data are presented relative to reference materials that are similar, but not identical, and that are all slightly lighter than NIST SRM 3134. Our proposed data presentation allows a direct first-order comparison of almost all old data with future work while referring to an international measurement standard. In particular, canonical δ98/95Mo values such as +2.3‰ for seawater and −0.7‰ for marine Fe–Mn precipitates can be kept for discussion. As recent publications show that the ocean molybdenum isotope signature is homogeneous, the IAPSO ocean water standard or any other open ocean water sample is suggested as a secondary measurement standard, with a defined δ98/95Mo value of +2.34 ± 0.10‰ (2s). Les isotopes du molybdène (Mo) sont de plus en plus largement utilisés dans les sciences de la Terre. Ils sont principalement utilisés pour étudier l'oxygénation de l'océan et de l'atmosphère de la Terre. Cependant, de plus en plus de domaines d'application sont en cours de développement, tels que ceux concernant les processus magmatiques et hydrothermaux, les sciences planétaires ou encore le suivi de la pollution environnementale. Ici, nous présentons une proposition de présentation unifiée des rapports isotopiques du Mo dans les études du fractionnement isotopique dépendant de la masse. Nous suggérons que le δ98/95Mo du NIST SRM 3134 soit définit comme étant égal à +0.25 ‰. La raison est que la grande majorité des données publiées sont présentés par rapport à des matériaux de référence qui sont similaires, mais pas identiques, et qui sont tous légèrement plus léger que le NIST SRM 3134. Notre proposition de présentation des données permet une comparaison directe au premier ordre de presque toutes les anciennes données avec les travaux futurs en se référant à un standard international. En particulier, les valeurs canoniques du δ98/95Mo comme celle de +2,3 ‰ pour l'eau de mer et de -0,7 ‰ pour les précipités de Fe-Mn marins peuvent être conservés pour la discussion. Comme les publications récentes montrent que la signature isotopique moyenne du molybdène de l'océan est homogène, le standard de l'eau océanique IAPSO ou tout autre échantillon d'eau provenant de l'océan ouvert sont proposé comme standards secondaires, avec une valeur définie du δ98/95 Mo de 2.34 ± 0.10 ‰ (2s).

Sr, C and O isotope ratios of Neogene sediments from DSDP Hole 38-341, Voring Plateau

The Neogene sediments from DSDP site 341 on the Voring Plateau, Norwegian Sea, contain a thin glauconitic pellet-bearing subunit, which separates underlying pelagic clays from overlying glacial-marine sediments. Oxygen isotope measurements of benthic foraminifera show a delta18O shift of + 1? during deposition of this subunit, probably a combined effect of a drop in bottom water temperature and a rise in seawater delta18O. The chronology of this sedimentological and O isotope transition is, however, poorly constrained by fossil evidence. Rb-Sr dating of glauconitic pellets indicates that the lower part of the glauconitic subunit was deposited 11.6 +/- 0.2 Ma ago. Further geochronological evidence, derived from the Sr and C isotopic compositions of foraminifera compared with known seawater-time variations, indicates that the lower pelagic clays are early to middle Miocene, deposited at a mean rate of ~15 m/Ma. The glauconitic subunit contains part of the middle Miocene and probably all of the late Miocene in a condensed sequence with a very low mean depositional rate (~0.2 m/Ma). The overlying glacial marine sediments are probably Pliocene, with a high mean rate of deposition, ~45 m/Ma. This is the first application of C, O and Sr isotopic stratigraphy combined with Rb-Sr dating of glauconitic minerals, and it illustrates the applications of this integrated approach in geochronology.

(Table 1) Sr and S isotope compositions of marine barites from ODP Hole 123-765C

Barite can precipitate in microenvironments in the water column (marine barite), from supersaturated pore fluids at the oxic-anoxic boundary within marine sediments and where Ba-rich pore fluids are expelled and come into contact with sulfate-rich seawater (diagenetic barite), or from hydrothermal solutions (hydrothermal barite). Barite is relatively resistant to alteration after burial and has been used in paleoceanographic studies to reconstruct seawater chemistry and productivity through time. For such applications it is very important to determine the origin of the barite used, because both diagenetic and hydrothermal barite deposits may not accurately record the open-ocean contemporaneous seawater chemistry and productivity. We show here that it is possible to distinguish between the different types of barite by using Sr and S isotopes along with crystal morphology and size characteristics.

Oxygen isotope ratios of PO4: An inorganic indicator of enzymatic activity and P metabolism and a new biomarker in the search for life

The distinctive relations between biological activity and isotopic effect recorded in biomarkers (e.g., carbon and sulfur isotope ratios) have allowed scientists to suggest that life originated on this planet nearly 3.8 billion years ago. The existence of life on other planets may be similarly identified by geochemical biomarkers, including the oxygen isotope ratio of phosphate (δ18Op) presented here. At low near-surface temperatures, the exchange of oxygen isotopes between phosphate and water requires enzymatic catalysis. Because enzymes are indicative of cellular activity, the demonstration of enzyme-catalyzed PO4–H2O exchange is indicative of the presence of life. Results of laboratory experiments are presented that clearly show that δ18OP values of inorganic phosphate can be used to detect enzymatic activity and microbial metabolism of phosphate. Applications of δ18Op as a biomarker are presented for two Earth environments relevant to the search for extraterrestrial life: a shallow groundwater reservoir and a marine hydrothermal vent system. With the development of in situ analytical techniques and future planned sample return strategies, δ18Op may provide an important biosignature of the presence of life in extraterrestrial systems such as that on Mars.