Massenbestimmung von Isotopen bei ISOLTRAP

Präsentation zum Thema: "Massenbestimmung von Isotopen bei ISOLTRAP"—  Präsentation transkript:

1 Massenbestimmung von Isotopen bei ISOLTRAP
Von Florian Knittel

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4 Supernovae

5 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 !

6 Wie bestimmt man die Masse eines Kerns?
mNeutron= 1, · 10−27 kg mProton = 1, · 10−27 kg A = Z + N => mAtomkern = Z * mProton + N * mNeutron

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

8 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

9 Massenspektroskopie zur Überpruefung und Erweiterung von Modellen

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

11 Aufbau von ISOLTRAP Messstellen

12 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

13 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

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

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

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

17 Quellen  

18 Dank an: Andree Welker Günther Bachman Lavinia & Jonas Datum

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

20 Berthe-Weizsaecker-Formel