Exotische Kerne - AG Nörtershäuser

Exotische Kerne

Nuklidkarte mit Laserspektroskopie
Nuklidkarte mit Laserspektroskopie

Das atomare Spektrum erlaubt Rückschlüsse auf die Eigenschaften und die Struktur des Atomkerns. So ist der Unterschied in den Resonanzlagen verschiedener Isotope unter anderem auf die Änderung der Ladungsverteilung im Kern zurückzuführen. Daraus lässt sich der mittlere quadratische Kernladungsradius ermitteln. Die Hyperfeinstruktur der Atome gibt Auskunft über den Drehimpuls des Kerns (Spin) sein magnetisches Moment und eine eventuell vorhandene Deformation. Durch die Untersuchung langer Isotopenketten, lässt sich der Einfluss der Neutronen auf diese Eigenschaften sehr detailliert untersuchen. Wie erfolgreich die Laserspektroskopie bei der Untersuchung solcher Isotopenketten war und ist, können Sie der regelmäßig aktualisierten Übersicht über die Isotope entnehmen, an denen Laserspektroskopie für diese Zwecke betrieben wurde. Die Herausforderung bei diesen Experimenten liegt in den winzigen Produktionsraten und der kurzen Lebensdauer von Isotopen weitab der Stabilität. Die kollineare Laserspektroskopie ist ein seit vielen Jahren etabliertes Instrument für derartige Untersuchungen. Wir wenden diese Methode an verschiedenen Einrichtungen zur Produktion kurzlebiger Isotope an.
Derzeit betreiben und planen wir folgende Experimente in Kooperation mit mehreren internationalen Partnern.

COLLAPS @ ISOLDE (CERN)

COLLAPS Kollaborationstreffen 2017
COLLAPS Kollaborationstreffen 2017

Die Isotopenfabrik ISOLDE gehört seit Jahrzehnten zu den führenden Anlagen in der Produktion kurzlebiger Isotope bei niedrigen Energien, wie sie für die kollineare Laserspektroskopie benötigt werden. Die kollineare Laserspektroskopieapparatur COLLAPS ist das dienstälteste und produktivste Experiment dieser Art. Während der gegenwärtigen Betriebspause der Beschleuniger wird unser Laserlabor gerade erneuert und danach wird es im Herbst mit einer Reihe von Experimenten wieder losgehen …
COLLAPS ist eine Kollaboration des MPIK in Heidelberg, der Universität Mainz, der TU Darmstadt und der KU Leuven. Das Team vor Ort besteht derzeit aus Dr. Hanne Heylen, Dr. Mark Bissel, Dr. Stephan Ettenauer, Dr. Magdalena Kowalska, Dr. Ronald Garcia-Ruiz und Dr. Xiaofei Yang.

TRIGA-LASER @ Mainz und LASPEC @ FAIR

TRIGA-SPEC am Forschungsreaktor TRIGA Mainz
TRIGA-SPEC am Forschungsreaktor TRIGA Mainz

Die kollineare Laserspektroskopie TRIGA-LASER am TRIGA-Reaktor in Mainz ist die Vorstufe (Prototyp) für das LASPEC Experiment an der zukünftigen FAIR Facility, deren Bau in Darmstadt gerade begonnen hat. Hier wird der Super-Fragmentseparator weltweit einmalige Strahlen kurzlebiger Isotope produzieren. Bis es soweit ist, nutzen wir im Rahmen der TRIGA-SPEC Kollaboration die Möglichkeiten, die der Forschungsreaktor TRIGA am Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz bietet. Hier werden Isotope aus der neutroneninduzierten Spaltung von U-235 und Cf-249 für die Spektroskopie zur Verfügung stehen.
Das TRIGA-LASER Team in Mainz besteht derzeit aus Christian Gorges und Simon Kaufmann, die in die TRIGA-SPEC-Kollaboration eingebunden sind.

TRIUMF @ Vancouver

Die Laserspektroskopie-Strahllstrecke am TRIUMF (Bild stammt von TRIUMF http://www.triumf.ca/laser-spectroscopy))
Die Laserspektroskopie-Strahllstrecke am TRIUMF (Bild stammt von TRIUMF http://www.triumf.ca/laser-spectroscopy))

Am TRIUMF in Vancouver konnten wir erstmals den Ladungsradius des Halokerns von Li-11 bestimmen. In diesem Falle wurde keine kollineare Spektroskopie verwendet, sondern eine spezielle Kombination aus hochauflösender, dopplerfreier Zweiphotonenspektroskopie und Resonanzionisation. In Zukunft möchten wir auch kollineare Laserspektroskopie gemeinsam mit der lokalen Gruppe in Vancouver betreiben. Für diese Aufgabe suchen wir noch einen engagierten Doktoranden, der Lust hat einen Teil seiner Zeit an der Westküste Kanadas zu verbringen.

Argonne National Laboratory @ Argonne

Erwartete Produktionsraten an CARIBU (entnommen aus http://www.phy.anl.gov/atlas/caribu/ATLAS_Cf_upgrade.pdf)
Erwartete Produktionsraten an CARIBU (entnommen aus http://www.phy.anl.gov/atlas/caribu/ATLAS_Cf_upgrade.pdf)

Am Argonne National Laboratory (ANL) planen wir Experimente am ATLAS Beschleuniger sowie am neuen CARIBU-Aufbau. Gemeinsam mit der Gruppe von Peter Müller am ANL soll eine kollineares Laserspektroskopieexperiment dort aufgebaut werden. Ziel ist insbesondere die Laserspektroskopie eines Protonen-Halokerns (am ATLAS Beschleuniger) und die Untersuchung kurzlebiger Spaltprodukte von Cf-252.
Diese Projekte wurden im Rahmen des neuen Sonderforschungsbereiches SFB 1245 initiiert und von der DFG gefördert.

BECOLA @ NSCL

Im Rahmen des SFB 1245 engagieren wir uns auch am BECOLA Experiment (BEam COoler and LAser spectroscopy facility) am National Superconducting Cyclotron Laboratory. Hier gibt es bereits eine langjährige Zusammenarbeit, die in den kommenden Jahren intensiviert werden soll. So sind wir beispielsweise in den Aufbau eines neuen Fluoreszensnachweises an BECOLA involviert, mit dem die Nachweiseffizienz insbesondere bei der Spektroskopie an Ionen gesteigert werden soll. Ein erster Einsatz ist für den Sommer 2017 geplant.