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entdeckt_02_2013

Forschung// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 26 27 zurückfallen, senden sie wiederum Teilchen oder eine cha- rakteristische Gamma-Strahlung aus. In photonuklearen Reaktionen lassen sich zwei Phänomene beobachten: Ist das eingestrahlte Gamma-Quant sehr energiereich, wird z. B. ein Neutron aus dem Atomkern herausgeschlagen. Dieser als Photodissoziation bekannte Prozess ist mit der sogenannten elektrischen Riesen-Dipolresonanz verknüpft. Sind dagegen die eingestrahlten Photonen von geringerer Energie, kommt es zu einem Streueffekt, bei dem der Atomkern angeregt wird. „Während die elektrische Riesen-Dipolresonanz schon seit vielen Jahren an zahlreichen Nukliden vermessen wurde, gibt es bisher vergleichsweise wenig Kenntnis über elektro- magnetische Dipolanregungen des Atomkerns bei kleineren Energien unterhalb der Schwelle für die Photodissoziation“, sagt Schwengner. Empfindliche Messgeräte und Techniken gefragt Experimente zur Photonenstreuung werden seit einigen Jahren am Elektronenbeschleuniger ELBE des HZDR durchgeführt. Schießt man den hochenergetischen Elektronenstrahl der ELBE-Quelle auf eine Metallfolie, wird er darin abgebremst. Die dabei entstehende hochenergetische Bremsstrahlung (Gamma-Strahlung) wird genutzt, um Atomkerne in verschie- denen Massengebieten systematisch zu untersuchen. Zu Na- tur und energetischer Verteilung der magnetischen Dipolanre- gungen blieben jedoch immer noch Fragen offen. Denn in den gemessenen Spektren überdeckt die elektrische Strahlung die magnetische regelrecht, wie Ronald Schwengner erläu- tert: „Die magnetischen Dipolanregungen haben eine weitaus geringere Intensität als elektrische Dipolanregungen. Man benötigt also sehr empfindliche Messgeräte und Techniken zum Nachweis und zur eindeutigen Unterscheidung zwischen magnetischer und elektrischer Strahlung.“ Den Durchbruch brachte nun ein Experiment an der „High- Intensity Gamma-Ray Source“ (HIGS), die im amerikanischen Durham betrieben wird. Die Gamma-Strahlung aus dieser Quelle ist zum einen sehr intensiv, vor allem aber ist sie nahe- zu monoenergetisch und polarisiert. Gerade letzteres erlaubt eine sehr genaue Unterscheidung zwischen elektrischer und magnetischer Dipolstrahlung. Zur Eichung der an HIGS gemes- senen Spektren wurden dabei zuvor mit Bremsstrahlung an ELBE gewonnene Daten genutzt. Schwengner: „Die Kombina- tion von ELBE und HIGS hat sich als optimal erwiesen. Beide Einrichtungen decken verschiedene Aspekte der Experimen- tiertechnik ab, und die Ergebnisse lassen sich sehr gut kom- binieren.“ Das Ergebnis: Ein Anregungsspektrum des Nuklids 90 Zr, das in einem bestimmten Energiebereich eine Häufung von magnetischen Dipolanregungen aufweist. Die Größe und Lage der Werte der magnetischen Dipolstärke zeigen die ex- akte Feinstruktur der magnetischen Dipolresonanz und lassen Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Atomkerns zu. Die Experimente am HZDR und in Durham erbringen einerseits einen bedeutenden Erkenntnisgewinn über Stärke und Struktur magnetischer Dipolanregungen in Atomkernen. Andererseits können sie aber auch in künftige Berechnungen und Simulati- onen von Kernreaktionen einfließen, da sich aus den energe- tischen Verteilungen der Anregungsstärke ablesen lässt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Atomkern ein Gamma-Quant einfängt oder abgibt. Die genaue Kenntnis dieser Wahrschein- lichkeit ist zum Beispiel wichtig für die Beschreibung von Neutroneneinfangsreaktionen, die sowohl in der Kernastro- physik – wo man die Entstehung schwerer Elemente in Stern- explosionen untersucht - als auch in der Kerntechnik, etwa für die Transmutation von langlebigen Radionukliden, eine ent- scheidende Rolle spielen. Ernest Rutherford wäre vermutlich begeistert über die Vielzahl von Details, die in dem zurücklie- genden Jahrhundert über den Atomkern entdeckt wurden. Publikationen: G. Rusev u. a., Physical Review Letters, Bd. 110 (2013; DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.022503) R. Massarczyk u. a., Physical Review C, Bd. 86 (2012; DOI: 10.1103/PhysRevC.86.014319) R. Schwengner u. a., Physical Review C, Bd. 87 (2013; DOI: 10.1103/PhysRevC.87.024306) Kontakt _Institut für Strahlenphysik im HZDR Dr. Ronald Schwengner r.schwengner@hzdr.de ERHÖHTE ENERGIE: In der HIGS-Anlage zirkulieren beschleunigte Elektronen in einem Speicherring und treffen am „Collision Point“ auf den entgegenkommen- den Lichtstrahl des FEL. Die Lichtteilchen werden rück- gestreut und erhalten dabei eine millionenfach höhere Energie im Bereich von Gamma-Strahlung. Sie verlassen den Ring und bestrahlen im Experimentierraum die zu untersuchende Probe. Schema: Calvin R. Howell, Duke University Durham, North Carolina FEL-Spiegel Elektronenstrahl FEL-Spiegel Gamma-Strahlung Elektronenstrahl vom Beschleuniger ElektronenstrahlCollision Point Lichtstrahl vom Freie- Elektronen-Laser (FEL)

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