Was hat das FZD mit der Entstehung der chemischen Elemente zu tun?

"Die vorher beschriebenen Hypothesen und Theorien sind sehr interessant, aber was hat das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf damit nun zu tun?", fragst du dich bestimmt.

Hier im FZD, genauer am Institut für Kern- und Hadronenphysik (IKH), gibt es eine Abteilung, die sich unter anderem mit der Elementsynthese beschäftigt. Sie untersucht also, wie die chemischen Elemente entstanden sind, warum es z.B. viel mehr Blei als Gold gibt oder warum das Element Zirkon so selten ist. Diese schlauen Herren nutzen die hier gegebenen Mittel, um in Experimenten mehr über all das herauszufinden.
In den vorherigen Abschnitten haben wir erfahren, wie die schweren Elemente entstehen können. Wie aber schon erwähnt, stimmen die in den Prozesssimulationen erhaltenen Mengenverhältnisse nicht mit der Wirklichkeit überein.
Die Kernphysiker des FZD können nun helfen, dieses Problem zu lösen. Es ist nämlich bekannt, dass in der Umgebung der elementbildenden kosmischen Prozesse eine intensive Gammastrahlung(1) herrscht. Nach Meinung der Wissenschaftler müsste diese Gammastrahlung so stark sein, dass sie die Häufigkeitsverteilung der Elemente verändert. Die Forscher wissen nämlich bereits, dass sich chemische Elemente unter dem Einfluss von Gammastrahlung verändern.

Ein wichtiger Prozess mit Gammastrahlung ist der γ-n-Prozess. Bei dieser Reaktion wird von einem Atomkern ein Gammaquant absorbiert und ein Neutron emittiert. Dadurch wandert der Kern auf der Isotopenkarte(2) (auch Nuklidkarte genannt) von rechts nach links (s. oben). So kann man durch wiederholten γ-n-Prozess zum Beispiel von einem Zinn-120-Isotop, welches bei einem der Standardprozesse(3) gebildet wird, zum Isotop Zinn 112 (112Sn) gelangen. Zinn 112 kann nämlich bei den anderen Prozessen nicht in der Menge gebildet werden, in der es in der Natur vorkommt. Unsere Forscher stellen sich nun die Frage, inwieweit sich dieser γ-n-Prozess nun genau auf die Mengenverteilung ausgewirkt hat.
Mit dem Elektronenbeschleuniger ELBE(4) haben die Forscher am IKH die Möglichkeit, Gammastrahlung herzustellen. Sie "baden" dann geeignete Teststoffe in diesem "Photonenbad" (Gammas sind Photonen), während sie die Reaktionen beobachten und untersuchen. Sie hoffen, sich durch Messen der Energien und Endprodukte ein besseres Bild vom γ-n-Prozess machen zu können.

Wie sieht nun so ein Versuchsaufbau aus?

Links siehst du die Strahlungsquelle ELBE(5). Hier werden Elektronen auf ca. 99,98 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Wenn unsere Kernforscher nun Gammastrahlung brauchen, müssen sie nur die Elektronen abbremsen.


Der Elektronenstrahl geht in die Wand hinten und wird dort durch Blei abgebremst. Während des Abbremsvorgangs wird Gammastrahlung emittiert.


Diese Gammastrahlung wird dann in einem "Rohr" auf das Target(6) gelenkt. Die rot markierte Stelle bezeichnet den Platz des Targets.


Die Kernreaktion wird anschließend mit dem Detektoraufbau gemessen.


Die vom Detektor gemessenen Daten werden dann zu einem System aus Computern und allerlei anderem Kabel- und Technikgewirr geleitet. Unsere Wissenschaftler werten sie dann mit Hilfe der Rechner aus.

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