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Experimentelle Nukleare Astrophysik in Deutschland Michael Heil (GSI), KHuK Jahrestagung, 25./26.10. 2007 TU Berlin Ruhr- Uni Bochum FZ Dresden- Rossendorf.

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1 Experimentelle Nukleare Astrophysik in Deutschland Michael Heil (GSI), KHuK Jahrestagung, 25./26.10. 2007 TU Berlin Ruhr- Uni Bochum FZ Dresden- Rossendorf TU München FZ Karlsruhe J.W. Goethe Uni Frankfurt TU Darmstadt GSI Darmstadt

2 Neutronenzahl Protonenzahl Fusion bis zum Eisen r-Prozess rp-Prozess s-Prozess p-Prozess Ziele der nuklearen Astrophysik Beobachtungen alter Sterne geben Hinweise auf weitere Prozesse! Erforschung der nuklearen Prozesse, die in stellaren Objekten ablaufen und zur Energieproduktion oder zur Synthese der chemischen Elemente beitragen.

3 Stellare Fusionsreaktionen Problem: Wirkungsquerschnitte von Fusionsreaktionen sind oft extrem klein! Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Rolfs & Rodney "Cauldrons in the Cosmos"

4 Ruhr-Universität Bochum - LUNA Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Ort: Gran Sasso, Italien Ausstattung: Untergrundlabor mit zwei Beschleunigern LUNA1: 50 kV and LUNA2: 400 kV Forschungsziele: Messung sehr kleiner Wirkungsquerschnitte (pp-Kette und CNO-Zyklus) im astrophysikalisch relevanten Bereichs (Gamow Fenster). Arbeitsgruppe: Claus Rolfs

5 Ruhr-Universität Bochum Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Messung der Schlüsselreaktion 12 C(, ) 16 O Üblicherweise: Messung der -Strahlung nach Fusion mit Ge- Detektoren Kunz et al. (01) E c.m. (MeV) In Bochum: Inverse Kinematik mit dem "Recoil"- Separator ERNA

6 Fusionsreaktionen bei kleinen Energien - Ausblick Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Untergrundlabor im Salzstock Höhere Strahlintensitäten durch neue Beschleuniger (z.B. ECOS) Hochstrom-Targets Effizienter Nachweis der Reaktionsprodukte (z.B. Recoil- Separator, effiziente Detektorarrays) Indirekte Methoden (z.B. Coulomb-Aufbruch)

7 "electron screening" Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Problem: Wirkungsquerschnitt im Labor Wirkungsquerschnitt im Stern 3 He(d,p) 4 He bare Korrektur für stellare Raten nötig!

8 TU Berlin Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Arbeitsgruppe: Konrad Czerski Ausstattung: Elektrostatischer Beschleuniger (U max =180 kV) Forschungsziele: Deuterium induzierte Reaktionen bei niedrigen Energien (primordiale Nukleosynthese) Experimente zum "electron screening" Effekt in metallischen Umgebungen 6 Li(d, ) 4 He G. Ruprecht, K. Czerski, D. Bemmerer, M. Hoeft, P. Heide, Phys. Rev. C70 (2004) 02503

9 Neutronenzahl Protonenzahl Fusion bis zum Eisen r-Prozess rp-Prozess s-Prozess p-Prozess s-Prozess Untersuchungen AGB-Sterne s-Prozess:

10 FZ Karlsruhe Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Arbeitsgruppe: Franz Käppeler Ausstattung: 3.7 MV Van de Graaff Beschleuniger, Neutronenproduktion über 7 Li(p,n) 7 Be Forschungsziele: Messung von (n, )-Querschnitten mit der Flugzeit- oder Aktivierungsmethode für den s-Prozess.

11 FZ Karlsruhe Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Messungen mit der Flugzeitmethode (ToF): sample Pb neutron target p-beam collimated n-beam

12 FZ Karlsruhe Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Aktivierungsmethode: Simulation eines stellaren Neutronenspektrums mit Hilfe der 7 Li(p,n) 7 Be Reaktion.

13 s-Prozess - Ausblick Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Messung von kleinen (n, )-Querschnitten (n, ) Z+1 AA-1A+1 Z+1 (n, ) ( - ) Messung von (n, )- Querschnitten radioaktiver Nuklide (kleine Probenmengen!) leichte Kerne Verzweigungspunkte im s-Prozesspfad erfordert höhere Neutronenflüsse und die Herstellung radioaktiver Proben

14 J.W. Goethe Universität Frankfurt Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Die Frankfurter Neutronenquelle des Stern-Gerlach-Zentrums (FRANZ) Design by Prof. Ratzinger, Prof. Schempp, O. Meusel and P. C. Chau ToF Messungen: Protonenstrahl 2 mA, 250 kHz, 4·10 7 s -1 cm -2 Neutronen Aktivierungen: Protonenstrahl 30 mA, 10 12 s -1 Neutronen Höchster Neutronenfluss in keV-Region weltweit!

15 TU München Arbeitsgruppe: Gunther Korschinek Ausstattung: 14 MV Tandem Beschleuniger Gas gefüllter Magnet für AMS Forschungsziele: Messung von langlebigen Radionukliden durch Beschleuniger-Massen-Spektrometrie. Sehr sensitive Methode: Isotopenverhältnisse bis 10 -16 können gemessen werden. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

16 TU München Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Die Suche nach 60 Fe in langsam wachsenden (2.5 mm pro 1 Million Jahre) Tiefsee-Sedimenten. Ergebnis: Supernova vor etwa 2.8 Millionen Jahren. ( 182 Hf, 244 Pu...) ( 60 Fe...) ( 10 Be...) Methode kann auch für Wirkungsquerschnittsmessungen eingesetzt werden (Bsp.: 62 Ni(n, ) 63 Ni).

17 Neutronenzahl Protonenzahl Fusion bis zum Eisen r-Prozess rp-Prozess s-Prozess p-Prozess p-Prozess Untersuchungen (,n)-, (, )- und (,p)- Reaktionen werden benötigt. Supernova

18 TU Darmstadt Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Arbeitsgruppe: Andreas Zilges Ausstattung: Superconducting DArmstadt LInear ACcelerator (S-DALINAC). Photonen bis zu Energien von 10 MeV werden durch Abbremsen des Elektronstrahls (2.5 - 120 MeV) produziert. Forschungsziele: Aktivierungsmessungen im Photonenstrahl für den p- und den s-Prozess.

19 TU Darmstadt Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Photonenenergie: 6 MeV E 20 MeV Energieauflösung: E = 25 keV @ 10 MeV Intensität: 5·10 4 keV -1 s -1 Messung von (,n), (,p) und (, ) Querschnitten für den p-Prozess Photon Tagger System NEPTUN

20 FZ Dresden-Rossendorf Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Arbeitsgruppe: Eckart Grosse Ausstattung: Elektronenbeschleuniger ELBE Forschungsziele: Photoaktivierungsmessungen für den p-Prozess

21 FZ Dresden-Rossendorf Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Neutronenproduktion an ELBE Neutronen werden durch (,n) Reaktionen im Blei erzeugt Entwicklung eines flüssigen Blei-Targets. Neutronenergie: 50 keV – 10 MeV bei 0.5 MHz Wiederholfrequenz (n, )-Messungen für den s-Prozess

22 p-Prozess - Ausblick Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 (,n)-Reaktionen mit virtuellen Photonen (Messungen an Mo-Isotopen an der TU Darmstadt, FZ Dresden-Rossendorf und GSI). Untersuchungen von (p, ) und (, )-Reaktionen in inverser Kinematik mit abgebremsten Strahlen im Speicherring. Messung von (, )- und (, )-Querschnitte um OMP für -Potenziale zu verbessern.

23 Neutronenzahl Protonenzahl Fusion bis zum Eisen r-Prozess rp-Prozess s-Prozess p-Prozess r- und rp-Prozess Untersuchungen Supernova Doppelsternsysteme

24 GSI Massenmessungen im ESR Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

25 GSI Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 a a b c Solares Neutrino Problem: 7 Be + p 8 B + Reaktion bestimmt Fluss an 8 B-Neutrinos: 8 B 2 + e + + e Gute Übereinstimmung mit direkten Messungen! Messung der Umkehrreaktion 8 B( p 7 Be mit der Coulomb-Aufbruch Methode bei 200 A.MeV Coulomb-Aufbruch als indirekte Methode N. Iwasa et al., Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 2910 F. Schümann et al. PRL 90 (2003) 232501

26 rp- und r-Prozess - Ausblick Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007 Kernstrukturexperimente mit exotischen Strahlen (Massen, Halbwertszeiten, Levels, Entwicklung magischer Zahlen...) Indirekte Methoden (Coulomb-Aufbruch, "Trojan-Horse"- Methode...) FAIR: Produktion exotischer Kerne mit höherer Intensität, zahlreiche Experimente mit astrophysikalischer Motivation.

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