Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Superschwere Elemente (SHE). Gliederung Einführung Historie Flüssigkeitstropfenmodell Schalenkorrekturen (Strutinsky-Modell) Produktion superschwerer.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Superschwere Elemente (SHE). Gliederung Einführung Historie Flüssigkeitstropfenmodell Schalenkorrekturen (Strutinsky-Modell) Produktion superschwerer."—  Präsentation transkript:

1 Superschwere Elemente (SHE)

2 Gliederung Einführung Historie Flüssigkeitstropfenmodell Schalenkorrekturen (Strutinsky-Modell) Produktion superschwerer Kerne – heisse und kalte Fusion - GSI Darmstadt (SHIP) und RIKEN - Dubna Fälschung in der Wissenschaft – Entdeckung von Z=118 in Berkeley

3 Superschwere Elemente

4 Geschichte der Erzeugung der schweren Elemente

5 Energiebilanz der schweren Elemente Schwere Kerne können durch Spaltung zerfallen!

6 Energie eines Ellipsoiden im Tröpfchenmodell Tröpfchen- modell Deformation Energie Oberflächenenergie Coulombenergie Achsen des Ellipsoiden Änderung durch Deformation Energie des Ellipsoiden als Funktion der Deformation Kein Minimum Spaltparameter Entwicklung des Radius R in Kugelflächenfunktionen

7 Kombination von Tröpfchen- und Schalenmodell: Strutinsky-Methode Das Verhalten der Bindungsenergien zeigt einen glatten globalen Trend und Oszillationen um den glatten Trend Frequenz ist durch Schalenstruktur bestimmt Energieabstände zwischen den Hauptschalen im Schalenmodell: Tröpfchenmodell: - sagt totale Bindungsenergie global gut voraus Weizsäckersche Massenformel Aber: - enthält keine Schaleneffekte z.B. höhere Bindungsenergie von doppelt-magischen Kerne Schalenmodell: - sagt Eigenschaften der letzten gebundenen Nukleonen gut voraus Aber: - totale Bindungsenergie wird schlecht reproduziert Idee von Strutinsky (... nehme das Beste aus beiden Modellen):

8 Zustandsdichte der diskreten Zustände Führe Zustandsdichte g ( ) ein: Anzahl der Zustände im Energieintervall von bis Teilchenzahl A legt die Fermi-Energie fest: Für diskrete Zustände ist die genaue Lage der Fermi-Energie natürlich nicht festgelegt. letzter besetzter Zustand erster freier Zustand

9 Totale Energie An einem Schalenabschluss passiert folgendes: hohe/niedrige diskrete Zustandsdichte unter-/oberhalb geringere/höhere geglättete Zustandsdichte unter-/oberhalb um gleiche Teilchenzahl zu erhalten muss man für geglättete Dichte zu höheren Energien integrieren Diskrete Zustände: Geglättete Dichte (Gauss-verschmierte Zustände): Feststellungen: Zustände tief unterhalb der Fermi-Energie tragen i bei Zustände weit oberhalb der Fermi-Energie tragen nichts bei g( ) oszilliert aufgrund der Schalenstruktur um die geglättete Dichte

10 Schalenkorrektur Differenz zwischen der diskreten und der geglätteten Zustandsdichte: Schalenkorrektur: An einem Schalenabschluss werden die Schalenkorrekturen negativ. Dies bedeutet eine höhere Bindungsenergie, was der experimentellen Situation entspricht! Totale Energie:

11 Minimale Energie als Funktion derDeformation Deformation

12 Erste Vorhersagen von Superdeformation in Aktinidenkernen Mit Schalenkorrektur Ohne Schalenkorrektur Strutinsky, Nuclear Physics A Zweites Minimum bei großer Deformation

13 Stabilisierung superschwerer Elemente durch Schalenkorrekturen

14 Wo ist der nächste doppelt magische Kern?

15 N=184 Schalenabschluss für Neutronen ist von allen Modellen vorhergesagt Lage des Schalenabschlusses für Protonen ist sehr sensitiv auf Details der Theorie (Z=114, 120, 126 ?) Struktur der SHE ist ein empfindlicher Test für die Modelle Z N Verschiedene Vorhersagen für Schalenabschlüsse

16 Überlegungen zum Experiment Erwartete Zählrate N = N t N p Produktionsquerschnitt = 1 pbarn ( cm 2 ) Anzahl der Projektile pro Sekunde N p = 5 ·10 12 s -1 Anzahl der Targetkerne N t = cm -2 Effizienz des Detektorsystems = 50 % Rate nachgewiesener Teilchen :N = 2.5 ·10 -6 s -1 ( 1 Atom pro 5 Tage) Spaltungsquerschnitt = 100 mbarn ( > mal größer) Gestreute Projektile oder Transferprodukte könne die gleiche Kinematik haben Wir brauchen eine gute Separation der Reaktionsprodukte bis zu Z=104 : normale chemische Separation möglich Z 106: Separation im Flug Wir brauchen auch eine eindeutige Identifikationsmethode

17 Kalte Fusion mittelschweres Projektil auf doppelt magisches Target 208 Pb geringe Anregungsenergie des Restkerns Abdampfung nur eines Neutrons Die geringe Anregungsenergie kommt durch den Schalenabschluss des Targetkerns zustande.

18 Kalte Fusion durch Schaleneffekte (Kalte Täler) Abstand zwischen den Protokernen [fm] Anzahl der Nukleonen in den Protokernen Fusion durch kaltes Tal Heisse Fusion Energie

19 Geschwindigkeitsfilter E-Felder B-Felder Target

20 Geschwindigkeitsfilter SHIP der GSI

21 SHIP Experiment an der GSI Darmstadt Electric dipole Magnetic dipole Beam stop Magnetic quadrupole Target wheel Position sensitive focal plane detector Time of flight detectors Maximal: 0.3 particle mA = particles/s

22 Flugzeitzähler und Antikoinzidenz Microchannelplate Detektoren mit E und B Feldern E-Feld in Strahlrichtung B-Feld senkrecht zur Strahlrichtung Elektronen werden in der Kohlenstofffolie produziert Beschleunigung und Ablenkung durch E- und B- Feld Verstärkung durch Channelplate Nachweis der Elektronen in der Anode e-e- E-Feld MCP Anode Rückstoßkern Eintrittsfolie Flugzeit ermöglicht grobe Massenmessung Antikoinzidenz: Bei Alphazerfall im Implantationszähler darf kein MCP Signal vorliegen

23 Implantationszähler Flugzeit-Zähler Si-Streifenzähler (16 5mm breite vertikale Streifen) Vertikale Position über Ladungsteilung (1mm Auflösung)

24 Zerfall von 265 Hs (Z=108) Rf 253 sf 48 s Rf 254 sf Rf 256 sf, Rf 257,ec 4.7s,ec Rf 258 sf 13 ms Rf 259,sf 3.1 s Rf 260 sf 21 ms Rf s Rf 262 sf 47ms 1.4s Rf 255,sf 0.8s,sf 1.4s 2.1s sf Db 257,sf 1.3 s Db 258,ec 4.4 s Db 260,ec/sf? 1.5 s Db 261,sf 1.8 s Db 262,ec/sf? 34 s Db 263,sf 27 s Sg 265,sf? 7.4 s Sg 266,sf? 21 s 1.4s Sg s,sf? 0.9s Sg 261,ec 0.23 s Sg 260,sf 3.6 ms Sg s Sg 258 sf 2.9 ms Bh ms Bh ms Bh ms 8ms Db 256,sf 2.6 s Db 255,sf 1.6 s Bh 260 ? Hs 263 ? Hs 264,sf 0.45 ms Hs ms 1.7ms Hs ms Hs s Rf Ruther- fordium Db Dubnium Sg Seaborgium Bh Bohrium Hs Hassium N -Zerfall -ZerfallSpontanspaltungEC-Zerfall Z Bh 266 1s Bh s Hs ms Sg 262 sf 6.9 ms 23 s6.1 s Sukzessive Zerfälle müssen am gleichen Ort stattfinden -Energien müssen mit bekannten Energien übereinstimmen -Energien

25 Ereignisse im Implantationsdetektor für Z=110 (Ds) und 111 (Rg) 62 Ni Pb n 64 Ni Pb n 64 Ni Bi n

26 Messung der Anregungsfunktion 64 Ni Pb 271 Ds (Z=110) +1n Richtige Strahlenergie muss genau getroffen werden!!!!

27 Zerfallsketten für Isotop 271 Ds Komplett absorbiert im Implantationszähler Zerfall in die Rückwärtsbox (Summenenergie) Escape (nur E Signal) Kein Signal, EC Zerfall Isomer

28 Vergleich mit theoretischen Vorhersagen für 271 Ds

29 Element 113 RIKEN 70 Zn Bi n 274 Rg 270 Mt Nachweis von neuem Element (Z=113) und zwei neuen Isotopen 274 Rg und 270 Mt, bevor mit 266 Bh ein Isotop mit bekannten Zerfallseigenschaften erreicht wird.

30 Heiße Fusion leichtes Projektil auf Aktinidentarget neutronenreichere Isotope hohe Anregungsenergie des Restkerns Abdampfung mehrerer Neutronen Wahrscheinlichkeit für das Überleben des Restkerns: bei der Abdampfung jedes Neutrons gibt es auch immer die Möglichkeit der Spaltung

31 Gas-gefüllter Separator Magnetfeldregion mit ~ 1 Torr He Gas gefüllt Schwerionen verlassen das Target mit Ladungsverteilung Streuung der Ionen mit dem Gas (Geschwindigkeit der Ionen etwa gleich groß wie die Geschwindigkeit der Elektronen) Ladungsaustauschstreuung schmale Ladungsverteilung um mittl.Ladungszustand höhere Akzeptanz des Systems da Vakuumsystem nur wenige Ladungszustände akzeptieren kann magnetische Steifigkeit B ist in erster Näherung von der Geschwindigkeit unabhängig da auch der mittlere Ladungszustand von der Geschwindigkeit abhängt große Akzeptanz ABER - geringere Auflösung - geringere Untergrundunterdrückung B = A v/v 0 q -1 q = v/v 0 Z 1/3

32 Dubna Gas-gefüllter Separator

33 nur kurze Zerfallskette Enkel spaltet keine eindeutige Signatur

34 Nuklidkarte der Transaktiniden 2008 Rf 253 sf 48 s Rf 254 sf Rf 256 sf, Rf 257,ec 4.7s,ec Rf 258 sf 13 ms Rf 259,sf 3.1 s Rf 260 sf 21 ms Rf s Rf 262 sf 47ms 1.4s Rf 255,sf 0.8s,sf 1.4s 2.1s sf Db 257,sf 1.3 s Db 258,ec 4.4 s Db 260,ec/sf? 1.5 s Db 261,sf 1.8 s Db 262,ec/sf? 34 s Db 263,sf 27 s Sg 265,sf? 7.4 s Sg 266,sf? 21 s 1.4s Sg s,sf? 0.9s Sg 261,ec 0.23 s Sg 260,sf 3.6 ms Sg s Sg 258 sf 2.9 ms Bh ms Bh ms Bh ms 8ms Db 256,sf 2.6 s Db 255,sf 1.6 s Bh 260 ? Hs 263 ? Hs 264,sf 0.45 ms Hs ms 1.7ms Hs ms Hs s Mt ms Mt ms ? ms 56 ms s 118ms s ms s 277 s Rf Ruther- fordium Db Dubnium Sg Seaborgium Bh Bohrium Hs Hassium Mt Meitnerium N -Zerfall -ZerfallSpontanspaltungEC-Zerfall Hs 277 sf 10 min min min s s sf 3 min Z s s sf 7 s 110 Bh 266 1s Bh s ms 116 Hs ms Sg 262 sf 6.9 ms ms 6 ms 23 s6.1 s Darmstadtium (Ds) Problem der Dubna Resultate: - Zerfälle enden oft nicht in bekannten Isotopen - Zerfallsketten sind oft sehr kurz - Korrelationszeiten sind sehr lang Z=113 am RIKEN (Japan) nach kalter Fusion eindeutig nachgewiesen... in einer dreimonatigen Strahlzeit! Neue Elemente/Isotope seit 2001 (nicht nach Zerfallsart klassifiziert) Roentgenium (Rg) Rg 278 Rg 279 Rg 280 Rg 270 Mt 276 Mt 275 Mt 274 Mt 270 Hs 271 Hs 275 Hs 270 Bh 271 Bh 272 Bh 267 Sg 271 Sg 266 Db 268 Db 267 Db 259 Db 263 Rf 267 Rf heisse Fusion 279 Ds... wie gehts weiter????

35 Zusammenfassung: Wirkungsquerschnitte Die theoretische Vorhersage von Wirkungsquerschnitten in der Größe von pb ist sehr schwierig! Spaltung mehrere Größenordnungen stärker! Sehr genaues Verständnis des Fusionsprozessen notwendig!

36 R. Smolanczuk Schön, wenn es wahr wäre!!! ABER: Modell ist sehr vereinfachend!!!... durchaus fragwürdige Vorhersagen

37 Das Berkeley Experiment zu Z=118 Berkeley Gasfilled Separator

38

39

40 EPJ A 14, 147 (2002) Ergo: Fälschungen werden im Allgemeinen gefunden und lohnen daher nicht!!!!


Herunterladen ppt "Superschwere Elemente (SHE). Gliederung Einführung Historie Flüssigkeitstropfenmodell Schalenkorrekturen (Strutinsky-Modell) Produktion superschwerer."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen