Experimentelle Nukleare Astrophysik in Deutschland

Präsentation zum Thema: "Experimentelle Nukleare Astrophysik in Deutschland"—  Präsentation transkript:

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

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

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

4 Ruhr-Universität Bochum - LUNA
Arbeitsgruppe: Claus Rolfs 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). Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./

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

6 Fusionsreaktionen bei kleinen Energien - Ausblick
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) Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./

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

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

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

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

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

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

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

14 J.W. Goethe Universität Frankfurt
Die Frankfurter Neutronenquelle des Stern-Gerlach-Zentrums (FRANZ) Höchster Neutronenfluss in keV-Region weltweit! Aktivierungen: Protonenstrahl 30 mA, 1012 s-1 Neutronen ToF Messungen: Protonenstrahl 2 mA, 250 kHz, 4·107 s-1 cm-2 Neutronen Design by Prof. Ratzinger, Prof. Schempp, O. Meusel and P. C. Chau Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./

15 Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007
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 können gemessen werden. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./

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

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

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

19 Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007
TU Darmstadt Photon Tagger System NEPTUN Photonenenergie: 6 MeV ≤ Eg ≤ 20 MeV Energieauflösung: DE = MeV Intensität: 5·104 keV-1s-1 Messung von (g,n), (g,p) und (g,a) Querschnitten für den p-Prozess Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./

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

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

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

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

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

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

26 rp- und r-Prozess - Ausblick
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. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./

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