Abteilung Kernphysik

Die Abteilung Kernphysik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf untersucht die Struktur der Atomkerne und deren Reaktionen. Unsere Experimente sollen klären, wie die chemischen Elemente im Kosmos einst entstanden und wie man dieses Wissen anwenden kann, um radioaktive Abfälle in zukünftigen Technologien zu entsorgen. Zudem entwickeln wir neuartige Strahlungsdetektoren für fundamentale Experimente, Medizin und andere Anwendungen. Wir beschäftigen uns mit anwendungsorientierter Materialforschung unter Verwendung kernphysikalischer Methoden. Die Abteilung betreibt mehrere Messplätze am supraleitenden Elektronenlinearbeschleuniger ELBE.

Foto: nELBE Experiment (Photo) ©Copyright: Dr. Arnd Junghans

Kernphysikalische Daten für Wissen­schaft und Technik

Wir untersuchen neutroneninduzierte und photonukleare Reaktionen für die Grundlagenforschung, die nukleare Astrophysik und für technische Anwendungen.

  • An der Photoneutronenquelle nELBE wird ein intensives Spektrum von ca. 1011 Neutronen pro Sekunde erzeugt. Durch Messung der Neutronenflugzeit können Reaktionsraten z.B. der inelastischen Neutronenstreuung und der neutroneninduzierten Kernspaltung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
  • Die Bremsstrahlungsanlage γELBE erzeugt ein Spektrum mit Photonenenergien bis 18 MeV. Wirkungsquerschnitte und Struktureigenschaften werden mittels Photonenstreuung und Photoaktivierung in Verbindung mit hochauflösender Gammaspektroskopie untersucht.
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Foto: MePS Positronen Strahlführung an ELBE ©Copyright: Reinhard Krause-Rehberg, Martin-Luther Univ. Halle

Posi­tronen­-Annihilations-Spektroskopie

Die Positronen-Annihilations-Spektroskopie (PAS) erlaubt zerstörungsfreie Untersuchungen im Gebiet der Materialphysik, der Chemie und an biologischen Systemen. Dabei werden die Anti-Teilchen der Elektronen als Sonde genutzt, um Materialdefekte auf atomarer Ebene und mit höchster Sensitivität aufzulösen.

Am HZDR werden mehrere komplementäre Aufbauten zur Nutzung der PAS eingesetzt:

  • MePS: Monoenergetische Positronen am supraleitenden Elektronenbeschleuniger ELBE
  • GiPS: Positronenproduktion innerhalb der Messprobe durch hochenergetische Bremsstrahlung an ELBE
  • SPONSOR: Monoenergetischer Positronenstrahl aus dem Zerfall von Na-22
  • LT: konventionelle Lebensdauerspektroskopie (Na-22)
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Foto: Detektorentwicklung ©Copyright: Prof. Dr. Daniel Bemmerer

Detektorentwick­lung für die Grund­lagen­for­schung

In der Grundlagenforschung werden Detektoren mit sehr hoher Zeitauflösung und hoher Empfindlichkeit benötigt. Wir beteiligen uns mit der Entwicklung dieser Detektoren beispielsweise an den Experimenten HADES, CBM (hoch-dichte Kernmaterie), und R3B (exotische Kerne und radioaktive Strahlen) am GSI Helmholtzzentrum und an FAIR in Darmstadt. Neue Konzepte und Lösungen werden in medizinische Anwendungen und die Forschung bei hohen Energiedichten überführt. Wir entwickeln Flugzeit-Detektoren mit 0.1 ns Zeit-Auflösung, die kinematisch komplette Experimente ermöglichen.

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Foto: Feierliche Inbetriebnahme des Felsenkeller 5 MV Untertage-Beschleunigers am 04.07.2019: Physik-Nobelpreisträger Prof. Takaaki Kajita (Bildmitte) gemeinsam mit PD Dr. Daniel Bemmerer (Technischer Leiter Beschleuniger im Felsenkeller), Prof. Gerhard Rödel (Prorektor Forschung, TU Dresden), Prof. Thomas Cowan (Direktor des HZDR-Instituts für Strahlenphysik), Prof. Kai Zuber (Wissenschaftlicher Leiter Beschleuniger im Felsenkeller). ©Copyright: André Wirsig / HZDR

Nukleare Astrophysik

Kernreaktionen liefern die Energie, die unsere Sonne zum Leuchten bringt, und sie sind die Quelle der chemischen Elemente, die das menschliche Leben ermöglichen.

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Aktuelles aus der Abteilung

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Laufende Drittmittelprojekte

  • EU "Recyclable materials development at analytical research infratructures: ReMade@ARI", E. Hirschmann (2022 - 2026)
    DFG "Methodenentwicklung zur Charakterisierung offenporigen Netzwerkverbindungen mittels Positronen-Annihilations-Spektroskopie (PAS)“, A.G.A. Elsherif, S. Kaskel (TU Dresden) (2022-2025)
  • EU "Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos – Infrastructures for Nuclear Astrophysics (ChETEC-INFRA), European Union’s Horizon", D. Bemmerer, K. Schmidt (2020-2023), Koordinator
  • EURATOM coordination and support project "Accelerator and Research reactor Infrastructures for Education and Learning (ARIEL)", A. R. Junghans (2019-2023), Koordinator

Beendete Drittmittelprojekte

  • SAB "Entwicklung von ratenfesten Strahlungsdetektoren auf der Basis neuartiger, keramischer Widerstandsplatten", L. Naumann und Fraunhofer IKTS Dresden, iseg Dresden, GBS Dresden und MicroCeram Meißen (2019-2021), Koordinator
  • DFG "Kombination spektroskopischer Verfahren zur Erforschung grundlegender Mechanismen der Poren- und Netzwerkbildung in mesoprösen low-k Dielektrka", A. Wagner, S. Schulz (TU Chemnitz, Fraunhofer ENAS Chemnitz) (2018-2021)
  • Helmholtz Enterprise Field Study Fellowship "COMPAS: Combined Methods for Positron Annihilation Spectroscopy", E. Hirschmann (2020)
  • DFG "Lithium production", D. Bemmerer, K. Zuber (TU Dresden) (2017-2020)
  • EU-FP7 "CHANDA: solving CHAllenges in Nuclear DAta", A. R. Junghans (2013-2018)
  • DAAD "PPP Tschechien: Leerstellen und Leerstellen-Wasserstoffkomplexe in ZnO", W. Anwand (2015-2016)
  • Helmholtz-Gemeinschaft, Partner beim virtuellen Institut NAVI, D. Bemmerer (2011-2016)
  • DFG "Untersuchung des Einflusses der Kerndeformation auf Dipol-Stärkeverteilungen", R. Schwengner (2011-2014)
  • DAAD "PPP Tschechien: Untersuchung der Mikrostruktur dünner Metallfilme", W. Anwand (2011-2012)
  • DFG "alpha capture for astrophysics", D. Bemmerer (2009-2014)
  • EU-FP7 "ERINDA: European Research Infrastructures for Nuclear Data Applications ", A. R. Junghans (2010-2013, project coordinator)
  • BMBF "Energie 2020+", "Transmutationsrelevante kernphysikalische Untersuchungen mit Einsatz moderner technologischer und numerischer Methoden", A. Junghans (2009-2014)
  • BMBF "Hadronen- und Kernphysik", T. Cowan / A. Wagner (2009-2012)
  • DFG "Photodissoziation des Deuterons", A. Junghans (2008-2012)
  • EU-FP6 "EFNUDAT: European Facilities for Nuclear Data Measurements", A. R. Junghans (2007-2010)