A New Single Vacuum Furnace Design for Cosmogenic 3He Dating

• Published in: Geostandards and geoanalytical research Vol. 36; no. 2; pp. 121 - 129
• Main Authors: Zimmermann, Laurent, Blard, Pierre Henri, Burnard, Pete, Medynski, Sarah, Pik, Raphael, Puchol, Nicolas
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford, UK Blackwell Publishing Ltd 01.06.2012
• Subjects: 3He; cosmogenic; cosmogénique; extraction; four à vacuum ultra-haute; mass spectrometry; olivine; purification; pyroxene; pyroxène; spectrométrie de masse; ultra-high vacuum furnace
• ISSN: 1639-4488; 1751-908X
• DOI: 10.1111/j.1751-908X.2011.00145.x

Helium‐3 is a stable cosmogenic isotope that can be used to determine the time interval during which a rock sample has been at or close to the Earth’s surface. As a result of the high production rate of ‘cosmogenic’3He (≈ 130 at g−1 year−1) and the low detection limit of modern mass spectrometers, it is possible to date exceptionally young surfaces (≈ 1000 years). The precision and accuracy of cosmogenic 3He measurements depend critically on the passive helium blank (produced by the metalwork of the extraction furnace) which can be significant relative to the sample signals. We have developed and constructed, at the CRPG (Nancy, France), a new high temperature furnace (< 1500 °C) to extract helium in minerals such as apatite, pyroxene and olivine at 1050, 1350 and 1450 °C, respectively. The furnace demonstrated an excellent helium extraction yield (> 99% for olivine and pyroxene for heating times of 20–30 min and temperatures in the range 1050–1450 °C) and low residual helium contributions (the blank, obtained under the same analytical conditions as for sample extraction: 1 × 10−15 mole 4He and < 4 × 10−21 mole 3He). This is approximately an order of magnitude lower than those reported by other laboratories using conventional furnaces. L’hélium‐3 est un isotope cosmogénique qui est utilisé pour déterminer l’intervalle de temps pendant lequel un échantillon a été au niveau ou près de la surface de la terre. Etant donné que l’hélium‐3 cosmogénique possède à la fois un taux de production très élevé (≈ 130 at g−1 year−1) et que nos spectromètres de masses modernes ont une très faible limite de détection, il est possible, actuellement, de dater des surfaces jeunes (≈ 1000 ans). La précision et l’exactitude de la mesure de l’hélium‐3 cosmogénique dépend en partie du blanc d’hélium (produit par le métal du four d’extraction) qui peut être significatif par rapport aux signaux des échantillons. Nous avons développé et construit au CRPG (Nancy, France), un nouveau four haute température (< 1500 °C) pour extraire l’hélium dans des minéraux comme les apatites, les pyroxènes et les olivines à 1050, 1350 et 1450 °C respectivement. Le four a un excellent rendement d’extraction de l’hélium (> 99% pour les olivines et les pyroxènes pour un temps de chauffage de 20–30 min et une gamme de température de 1050–1450 °C) et de faibles quantités résiduelles d’hélium (le blanc, obtenu dans les mêmes conditions analytiques que pour une extraction: 1 × 10−15 mole 4He and < 4 × 10−21 mole 3He). C’est environ ordre de grandeur en dessous des blancs obtenus par les autres laboratoires avec des fours conventionnels.