Massenbestimmung von Isotopen bei ISOLTRAP Von Florian Knittel

Supernovae

Warum zerfallen und fusionieren Atomkerne? Am Anfang war nur Wasserstoff vorhanden Fusion kann nur bis Eisen56 erfolgen, SONST: Energie zum fusionieren nötig Hohe Energie die benötigt wird tritt nur in Supernovae auf Fuer genaues Verständnis von Vorgängen in Supernovaen ist die Masse der Kerne wichtig Bindungsenergie wird bei der Bildung frei !

Wie bestimmt man die Masse eines Kerns? mNeutron= 1,674 927 351 · 10−27 kg mProton = 1,672 621 777 · 10−27 kg A = Z + N => mAtomkern = Z * mProton + N * mNeutron

Massendefekt: Masse bei Bindung verloren mAtomkern = Z * mProton + N * mNeutron – EBindung/c2

Wie berechnet man die Bindungsenergie? Man benötigt: Gute Vorstellung vom Atomkern => Kernmodelle Fermigas Potenzialtopfmodell Clustermodell Kollektivmodell Schalenmodell Kein einheitliches Modell !! Wechselwirkende Bosonen Modell Optisches Modell Troepfchenmodell Alphateilchenmodell Potenzialtopfmodell

Massenspektroskopie zur Überpruefung und Erweiterung von Modellen

Massenspektrometer Ermitteln des Masse/Ladung-Verhältnisses eines geladenen Teilchens Nutzung elektrischer/magnetischer Felder zur Beinflussung und Trennung der Teilchen Ionenquelle -> Analysator -> Detektor 𝑚 𝑞

Aufbau von ISOLTRAP Messstellen

MR-ToF MS (Multireflection Time of Flight MS) 𝐸 𝑒𝑙 = 𝐸 𝑘𝑖𝑛 𝑈𝑞= 1 2 𝑚𝑣 2 𝑣= 𝑠 𝑡 𝑡= 𝑠 2𝑈 𝑚 𝑞

Bewegung eines Ions im Magnetfeld 𝐹 𝑅 = 𝐹 𝑚𝑎𝑔 𝑚 𝑣 2 𝑟 𝑐 =𝐵𝑞𝑣 𝑟 𝑐 = 𝑣𝑚 𝐵𝑞 𝑓= 1 𝑇 𝑇= 𝑢 𝑣 = 2𝜋𝑟 𝑣 𝑓 𝑐 = 𝐵 2𝜋 𝑚 𝑞

Präzissions-Penningfalle Fuer: 𝑓 𝑞 = 𝑓 𝑐 𝑟→𝑚𝑖𝑛 𝑟 ~ 𝑡 Fuer: 𝑓 𝑞 = 𝑓 𝑐 𝑡→𝑚𝑖𝑛 1 𝑟 ~ 𝑓 𝑞 − 𝑓 𝑐

Auswertung der Penning-Fallen-Daten 𝑓 𝑐 = 𝑓 𝑐 82 𝑍𝑛 =1107794.28 𝐻𝑧 𝑓 𝑐 𝑟𝑒𝑓 = 𝑓 𝑐 85 𝑅𝑏 =1069212.97 𝐻𝑧 𝑚 85 𝑅𝑏 =84.911789738 u 𝑚= 𝑚 𝑟𝑒𝑓 ∙𝑞∙ 𝑓 𝑐 𝑟𝑒𝑓 𝑞 𝑟𝑒𝑓 ∙ 𝑓 𝑐 𝑚 82 𝑍𝑛 = 84.911789738 𝑢∙1 𝑒∙1069212.97 𝐻𝑧 1 𝑒 ∙1107794.28 𝐻𝑧 𝑓 𝑐 𝑓 𝑐 𝑟𝑒𝑓 = 𝐵𝑞 2𝜋𝑚 𝐵 𝑞 𝑟𝑒𝑓 2𝜋 𝑚 𝑟𝑒𝑓 = 𝑞∙ 𝑚 𝑟𝑒𝑓 𝑚∙ 𝑞 𝑟𝑒𝑓 𝑚 82 𝑍𝑛 =81.954554958 𝑢

Auswertung der MR-ToF-MS-Daten 𝑡= 𝑡 53 𝐶𝑎 = 𝑡 𝑟𝑒𝑓 = 𝑡 39 𝐾 = 𝑚 39 𝐾 =38.963706486 u 𝑡 𝑡 𝑟𝑒𝑓 = 𝑠 2𝑈 𝑚 𝑞 𝑠 2𝑈 𝑚 𝑟𝑒𝑓 𝑞 𝑟𝑒𝑓 = 𝑚∙ 𝑞 𝑟𝑒𝑓 𝑚 𝑟𝑒𝑓 ∙𝑞

Quellen http://static.cosmiq.de/data/question/de/647/05/647050cbc8276644ee3f5db4b77a0926_1_orig.jpg http://www.wpclipart.com/smiley/smiley_outlines/smiley_outline_set/smiley_outline_sad.png http://bilder.augsburger-allgemeine.de/img/incoming/origs29862902/1085913797-w281-h960/2nd-Annual-Up2U-Gala.jpg http://www.doktorstutz.ch/wp-content/uploads/2013/07/eisen.jpg http://www.gold-goldbarren.com/wp-content/uploads/2010/02/goldschmuck-online1.jpg http://www.schmuck-shop.at/images/_foto_STC/_stc_600.jpg http://www.smilys.net/riesige_smilies/smiley5102.gif http://www.autohaus-ullrich.com/uploads/pics/fragezeichen_maennchen.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Ring_Nebula.jpg http://kernphysik.wikispaces.com/file/view/797px-Auftragung_Bindungsenergie_gegen_Massenzahl.svg.png/103863681/494x375/797px-Auftragung_Bindungsenergie_gegen_Massenzahl.svg.png http://isoltrap.web.cern.ch/isoltrap/images/ISOLTRAP_logo.bmp http://3.bp.blogspot.com/-n6KdbFVJaXI/UAWldEnUuUI/AAAAAAAAMn8/W8wKl0bkyT4/s640/frauen+albert+einstein+erstmals+kl%C3%BCger+als+m%C3%A4nner.jpg http://static.panoramio.com/photos/large/34453584.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/Tr%C3%B6pfchenmodell.svg/765px-Tr%C3%B6pfchenmodell.svg.png http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/tropfmodell1_kernphygrundlagen_gru.gif http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Kernspaltung.gif http://www.techniklexikon.net/images/s1927_spaltung_von_atomkernen.gif http://upload.wikimedia.org/math/a/6/0/a60701907bb48a5c544edc4d3d1fcfa5.png http://upload.wikimedia.org/math/0/e/b/0eb1a8d874234ebe3aa7135b62c91057.png  http://www.nature.com/nature/journal/v498/n7454/pdf/nature12226.pdf http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.110.041101 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/FuerzaCentripetaLorentzN2.svg https://cds.cern.ch/record/1523757/files/CERN-THESIS-2010-286.pdf

Dank an: Andree Welker Günther Bachman Lavinia & Jonas Datum

Troepfchenmodell Atomkern ähnlich Wassertropfen Liefert gute Erklaerung fuer Kernspaltung Liefert Ansatz fuer die Berechnung der Bindungsenergie => Berthe-Weizsaecker-Formel

Berthe-Weizsaecker-Formel