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: PD 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

  • Auf der Konferenz Nuclear Physics in Astrophysics IX in Schloß Waldthausen bei Mainz vom 15. bis 20. September 2019 hat Franziska Schoger für ihr Poster zu 22Ne(p,γ)23Na Resonanzen am 3 MV Tandetron den Posterpreis gewonnen. Herzlichen Glückwunsch, Franziska!
  • Auf dem 15th International Workshop on Slow Positron Beam Techniques & Applications (SLOPOS-15), der vom 2.9. bis 6.9.2019 in Prag stattfand, hat Eric Hirschmann den zweiten Posterpreis gewonnen. Herzlichen Glückwunsch, Eric!
  • Am 3.7.2019 wurde erstmalig ein Ionenstrahl im Pelletron-Beschleuniger unseres Untertagelabors im Felsenkeller beschleunigt und am 4.7.2019 wurde durch Prof. Takaaki Kajita (Univ. Tokio, Nobelpreisträger für Physik 2015) der wissenschaftliche Betrieb aufgenommen.Einen Glückwunsch und einen großen Dank an alle, die im Team um PD Dr. Daniel Bemmerer dazu beigetragen haben! 
  • Thu Trang Trinh hat am 17.12.2018 ihre Dissertation über "The microscopic effects of transition metal based hydrogen storing and sensing thin films" sehr gut (magna cum laude) an der Technischen Universität Dresden verteidigt. Wir freuen uns mit Dir, Trang! Chúc mừng!
  • Stefan Reinicke hat am 02.11.2018 seine Dissertation über "Wasserstoffbrennen in der Sonne: Die 12C(p,γ)13N-Reaktion und die Radiofrequenz-Ionenquelle für den Felsenkeller-Beschleuniger" sehr gut (magna cum laude) an der Technischen Universität Dresden verteidigt. Gute Arbeit, Stefan!
  • In der Ausgabe 26 - Juni 2018 der HZDR Mitarbeiterzeitung Insider erschien ein Artikel über "Signale aus der ANTI-WELT. Positronenforschung am HZDR".
  • Daniel Gehre hat am 21.06.2018 seine Dissertation über "Investigations on CdZnTe-Semiconductor-Detectors for the Search of the Neutrinoless Double Beta Decay" sehr gut (magna cum laude) an der Technischen Universität Dresden verteidigt. Alles Gute für Dich, Daniel.
  • Louis Wagner hat am 07.06.2018 seine Dissertation über "Precise nuclear data of the 14N(p,γ)15O reaction for solar neutrino predictions" sehr gut (magna cum laude) an der Technischen Universität Dresden verteidigt. Alles Gute für Dich, Louis!
  • Die Publikation "The γ-ray angular distribution in fast neutron inelastic scattering from iron" von Roland Beyer und anderen im European Physical Journal ziert das Titelbild der Journal-Ausgabe 54/4, 2018. Ein schöne Anerkennung der Leistungen, Roland!
  • Maik Butterling hat beim 42. Leipzig Marathon am 22.4.2018 in beachtlichen 1 h 53 m 3 s die Halbmarathonstrecke bewältigt, was fast genau den einem Positroniker gebührenden 5:11 Minuten pro Kilometer entspricht. Herzlichen Glückwunsch, Maik. 
  • Am 18.04.2018 wurde die neue Beamline in Betrieb genommen, die den Positronenstrahl des MePS-Aufbaus zu AIDA-II, dem Apparatus for In-situ Defect Analysis, zukünftig verbinden wird. Einen großen Dank an Maik Görler, Andreas Hartmann, Daniel Stach und Stefan Findeisen für ihre Konstruktionen, verbrachten Stunden mit dem Wickeln von Magnetspulen und die Installation aller Komponenten. 
  • Boyana Deneva hat auf dem Doktorandenseminar 2017 des HZDR den Preis für das beste Poster "Single-plane Compton Imaging" gewonnen. Herzlichen Glückwunsch für Dich, Boyana!
  • Marcell Takács hat am 12.09.2017 seine Dissertation "Hydrogen burning: Study of the 22Ne(p,γ)23Na, 3He(α,γ)7Be, and 7Be(p,γ)8B reactions at ultra-low energies" sehr gut (magna cum laude) an der Technischen Universität Dresden verteidigt. Alles Gute für Dich, Marcell!
  • Daniel Bemmerer hat einen Helmholtz Recognition Award für seinen Antrag bei der European Research Commission zur nuklearen Astrophysik im Felsenkellerlabor erhalten. Herzlichen Glückwunsch an Dich, Daniel!
  • Der Beschleunigertank und der erste Ablenkmagnet des 5 MV Pelletron TANDEMs wurden am 27.4.2017 erfolgreich in den Rohbau des neuen Untertagelabors im Felsenkeller-Areal untergebracht. Beste Glückwünsche an Bernd Rimarzig und Daniel Bemmerer.
  • Daniel Bemmerer und Marcell Takács sind Koauthoren einer Publikation über den Einfluss des an LUNA gemessenen Protoneneinfangs von 17O auf die Zusammensetzung von interstellaren Staubteilchen im neuen Journal Nature Astronomy. Beste Glückwunsche an Euch beide.
  • Toni Kögler hat am 23.01.2017 seine Dissertation "Bestimmung des neutroneninduzierten Spaltquerschnitts von Pu(242)" mit Auszeichnung (summa cum laude) an der Technischen Universität Dresden verteidigt. Wir freuen uns mit Dir, Toni!
  • Maciej Oskar Liedke ist einer der Koautoren einer Publikation zu neuartigen magnetischen Speichermaterialien im Journal Nature Communications. Respekt, Oskar!

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Laufende Drittmittelprojekte

  • EURATOM coordination and support project "Accelerator and Research reactor Infrastructures for Education and Learning (ARIEL)"(2019-2023)
  • 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).
  • 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)
  • DFG "Lithium production", D. Bemmerer, K. Zuber (TU Dresden) (2017-2020)

Beendete Drittmittelprojekte

  • 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)

Kontakt

Dr. Andreas Wagner

Leiter Abteilung Kernphysik
a.wagnerAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 3261