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Eine neue Insel der asymmetrischen Kernspaltung
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung
GmbH
astronews.com
26. Mai 2025
Bei einem Experiment am GSI Helmholtzzentrum für
Schwerionenforschung in Darmstadt wurde nun ein unerwarteter Bereich schwerer,
neutronenarmer Isotope in der Nuklidkarte identifiziert, in dem die Kernspaltung
überwiegend durch einen asymmetrischen Modus bestimmt wird. Die Ergebnisse sind
auch für Fragen der Elemententstehung in Supernova-Explosionen von Bedeutung.
Dr. Haik Simon am R3B-Magneten GLAD
Foto: J. Hosan, GSI / FAIR [Großansicht] |
Das Forschungsteam untersuchte die Spaltungseigenschaften von 100
verschiedenen neutronenarmen exotischen Isotopen, die von Iridium (Ordnungszahl
Z = 77) bis Thorium (Z = 90) reichen. Diese Isotope mit einer geringen Anzahl
von Neutronen im Verhältnis zur Protonenzahl wurden durch die Fragmentierung
eines relativistischen Primärstrahls von Uran-238 mit 87,6 Prozent der
Lichtgeschwindigkeit erzeugt, anschließend mit dem GSI/FAIR-Fragmentseparator
FRS getrennt und einzeln identifiziert.
Am GSI/FAIR-Messaufbau R3B (Reactions with Relativistic Radioactive Beams),
erweitert um eine Reihe spezieller Systeme für die Messung einzigartiger Muster
von Spaltungsexperimenten, wurden die Isotope auf ein segmentiertes Bleitarget
gelenkt. Die dort stattfindende Anregung auf einige Megaelektronenvolt oberhalb
ihrer Grundzustandsenergie löste die Spaltung in zwei leichtere Fragmente aus.
Die Doppel-Ionisationskammer TWIN-MUSIC ermöglichte die Messung der Ladungen der
beiden Spaltprodukte. Darüber hinaus trennte der große, mit Helium gekühlte
supraleitende Dipolmagnet GLAD die Spaltfragmente nach ihrem
Impuls-Ladungs-Verhältnis und beugte sie in Richtung großflächiger
Detektorarrays zur Verfolgung und Flugzeitmessung, um die Reaktionsdynamik zu
rekonstruieren.
Terabytes an Daten, die während des zehntägigen Experiments gesammelt wurden,
zeigen einen Übergang zu zunehmend asymmetrischer Spaltung in neutronenarmen
schweren Kernen. Dies markiert die Entdeckung einer neuen "Insel der
asymmetrischen Spaltung" in der Nuklidkarte, die durch eine überraschende
Dominanz von leichten Krypton-Spaltfragmenten (Z = 36) gekennzeichnet ist. "Über
die Kartierung dieses neuartigen Phänomens hinaus verbessern unsere Ergebnisse
das Verständnis sowohl der irdischen als auch der kosmischen Spaltungsprozesse",
sagt Pierre Morfouace vom Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies
alternatives (CEA) in Frankreich "Darüber hinaus bieten sie wertvolle
Anhaltspunkte für theoretische Modelle, indem sie deren Vorhersagekraft für die
Verteilung von Spaltfragmenten in neutronenreichen Systemen erheblich
verbessern. Das ist unter anderem für das Verständnis der Nukleosynthese im
r-Prozess relevant."
Die Entdeckung ist somit ein großer Schritt vorwärts zum Verständnis des
Spaltungsrecyclings, das in Supernova-Explosionen erwartet wird und die
Elementproduktion in unserer Galaxie antreibt, und ein Einstieg, um die
Ausdehnung der neu beobachteten Region in der Nuklidkarte zu bestimmen, in der
die asymmetrische Spaltung dominiert. "Darüber hinaus demonstrieren die
Ergebnisse eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit des R3B-Setups und geben einen
Ausblick auf FAIR in der Zukunft", ergänzt Dr. Haik Simon, Leiter der Abteilung
"Super Fragment Separator" bei GSI/FAIR und stellvertretender Sprecher der
R3B-Kollaboration. "Mit der Kombination aus Super-Fragmentseparator, dem
Nachfolger des FRS, und dem geplanten NUSTAR-Experimentprogramm bei FAIR werden
einzigartige Möglichkeiten zur Produktion und Selektion noch seltenerer und
exotischerer Isotope geschaffen, um damit offene Forschungsfragen in diesem
Gebiet zu adressieren."
An der internationalen Beschleunigeranlege FAIR (Facility for Antiproton and
Ion Research), die sich aktuell bei GSI im Aufbau befindet, ist eine Reihe von
Folgeexperimenten geplant. Der neue supraleitende Fragmentseparator Super-FRS
kann entscheidend dazu beitragen, das Phänomen der asymmetrischen Spaltung
detaillierter zu untersuchen und grundlegende Aspekte der Kernmaterie unter
extremen Bedingungen aufzudecken.
Elemente schwerer als Eisen können nicht während normaler Fusionsprozesse im
Inneren von Sternen gebildet werden, da zu ihrer Entstehung Energie zugeführt
werden muss. Diese Energie stammt beispielsweise aus Sternexplosionen wie
Supernovae und Novae, so dass die Erforschung von Materie unter extremen
Bedingungen der Wissenschaft auch einiges über die Entstehung und Verteilung von
schwereren Elementen verraten kann.
Die Ergebnisse des Teams wurden nun in einem Fachartikel veröffentlicht, der
in der Zeitschrift Nature erschienen ist.
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