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Keyword: Kernphysik

Forschung

Optische Spektroskopie superschwerer Elemente

14.07.2020 - Laserresonanz-Chromatographie ermöglicht Untersuchungen auch bei kleinsten Produktionsmengen.

Malte Göttsche, Matthias Englert, Madalina Wittel und Simon Hebel
07 / 2020 Seite 28
Pro-Physik-Mitglieder

Sicherheit durch Verifikation

Trotz jahrzehntelanger Bemühungen gibt es bis heute nur bedingt Fortschritte bei der nuklearen Abrüstung, welche derzeit in akuter Gefahr sind. Dennoch verzichten alle Staaten auf Kernwaffentests – bis auf Nord­korea, wo bis 2017 Tests stattfanden. Während bedeutende Abrüstungsmaßnahmen auf nordkoreanischer Seite ohne belastbare Sicherheitsgarantien für das Regime unwahrscheinlich sind, beharren die USA und weitere Länder auf überprüfbaren Fortschritten in der Denuklearisierung. Das Dilemma besteht im Misstrauen beider Staaten zueinander. Naturwissenschaftlich-technische Verifikationsverfahren können Vertrauen schaffen und müssen bereitstehen, falls zukünftig eine Abrüstungsinitiative möglich erscheint.

Es ist 100 Sekunden vor Zwölf! Die im Jahr 1947 eingeführte „Doomsday Clock“ des amerikanischen Magazins „Bulletin of the Atomic Scientists“ steht seit Januar näher vor Mitternacht als je zuvor – unter anderem aufgrund des nuklearen Programms Nordkoreas. Nachdem dieses Land 2003 aus dem Atomwaffensperrvertrag (Infokas­ten) ausgestiegen ist, hat es zügig Atomwaffen entwickelt und mehrfach unterirdisch getestet.
Bis heute scheiterten alle internationalen Initiativen, Nordkorea zur Aufgabe seines Atomprogramms zu bringen. In den letzten Jahren unternahm die US-Administration unter Präsident Trump einen neuen Anlauf. Doch den Gipfeltreffen 2018 und 2019 folgten keine konkreten Schritte. Nordkorea fordert zunächst Sicherheitsgarantien, etwa in Form eines bilateralen Friedensvertrags, der formal den Korea­krieg (1950 bis 1953) beendet. Die USA beharren auf überprüfbaren Fortschritten in der Denuklearisierung. Das gegenseitige Misstrauen ist tief verwurzelt.  
Ein Ausweg aus der Sackgasse, der auch im Kalten Krieg in der Rüstungskontrolle zwischen den USA und der Sow­jetunion erfolgreich war, könnten verifizierbare technische Schritte sein, welche die Abrüstung überprüfen und gleichzeitig Vertrauen schaffen können. (...)

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Forschung

Nicht deklarierter nuklearer Unfall hat zivilen Hintergrund

10.06.2020 - Mysteriöse Wolke aus radioaktivem Ruthenium-106 zog 2017 über Europa.

Peter G. Thirolf, Lars von der Wense und Benedict Seiferle
06 / 2020 Seite 42
DPG-Mitglieder

Ein Isomer als Uhrwerk

Schon die Sumerer nutzten vor 6000 Jahren das Licht, um die Zeit mit Sonnenuhren zu messen. Heute kommt Laserlicht in optischen Atomuhren zum Einsatz: Die Frequenzmessungen sind inzwischen so präzise, dass die Uhrzeit erst nach 33 Milliarden Jahren um eine Sekunde abweicht. Eine Kernuhr basierend auf dem Thorium-Isomer 229mTh könnte diese Genauigkeit noch steigern.

Eine Uhr setzt sich aus einem Taktgeber und einem Zählwerk zusammen, das die Frequenz dieser Oszillation bestimmt. Die Definition der Einheit Sekunde im SI-System verwendet hierfür einen Mikrowellen-Übergang im Element Cäsium. Natürliches Cäsium besteht nur aus dem Isotop 133Cs. Die niedrige Verdampfungstemperatur erleichtert es, einen Atomstrahl herzustellen. Optische Atomuhren im Labor erzielen heute relative Ungenauigkeiten von etwa 10–18 und sind wesentlich begrenzt durch äußere elektrische und magnetische Störfelder. Diese Ungenauigkeit lässt sich – wie 2003 vorgeschlagen – weiter reduzieren, wenn die Uhr anstelle eines Übergangs in der Atomhülle einen Kernübergang verwendet [2]. Denn im erheblich kleineren Atomkern sind die Kernmomente geringer: Äußere elektromagnetische Störfelder koppeln entsprechend weniger an. Zum Konzept einer Kernuhr [2, 3] gehört ein schmalbandiger Laser, der den Kernübergang resonant anregt und dessen Wellenlänge sich mittels Frequenzkamm bestimmen lässt oder die selbst eine vakuum­ultraviolette Frequenzkamm-Mode ist (Abb. 1). Gemäß dem Funktionsprinzip optischer Atomuhren entspricht eine Sekunde einer bestimmten Anzahl von Schwingungen, die sich aus der Übergangsfrequenz des Kernübergangs ergibt. Für eine solche Uhr kommen nur Kernzustände infrage, deren Anregungsenergie so klein ist, dass ein Laser sie bereitstellen kann. Außerdem muss ihre Lebensdauer ausreichend lang sein, um für eine Uhr von hoher Stabilität geeignet zu sein. Ein solcher Zustand ist nur für das Aktiniden-Isotop 229Th bekannt. (...)

 

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Forschung

Einblick in die Magie des Atomkerns

30.03.2020 - Erstmals Masse des instabilen Cadmiumisotops Cd-132 bestimmt.

Almudena Arcones
03 / 2020 Seite 31
DPG-Mitglieder

Der Stern der Weisen

Dass sich auf der Erde edle Metalle wie Gold, Silber oder Platin finden, verdanken wir einem komplexen Zusammenspiel: Damit diese Elemente entstehen, müssen sehr exotische Atomkerne unter extremen äußeren Bedingungen vorliegen. Solche Prozesse lassen sich nur mit aufwändigen Simulationen der zugrunde liegenden Astrophysik und Kernphysik verstehen.

Als das US National Research Council im Jahr 2003 eine Liste der großen, bisher unbeantworteten wissenschaftlichen Fragen veröffentlichte, gehörte dazu auch das Rätsel, wie die Elemente von Eisen bis Uran im Universum produziert werden [1]. Zwar ist seit Ende der 1950er-Jahre klar, dass dafür zwei Prozesse verantwortlich sind, bei denen entweder langsame (s-Prozess für engl.: slow) oder schnelle (r-Prozess, rapid) Neutroneneinfangreaktionen stattfinden. Doch insbesondere das Verständnis des r-Prozesses stellt für Astrophysik und Kernphysik nach wie vor eine große Herausforderung dar.

Die Häufigkeitsverteilung der Elemente in unserem Sonnensystem lässt sich durch Spektroskopie der Sonnenphotosphäre bestimmen. Zusammen mit den Verteilungen in Meteoriten ergibt sich ein genaues Bild der chemischen Zusammensetzung jeder Gaswolke, aus der sich die Sonne und ihr Planetensystem gebildet haben. Diese Signatur entsteht aus dem Zusammenspiel verschiedener Nukleo­syntheseprozesse (Abb. 1). Wasserstoff und Helium treten mit Abstand am häufigsten auf. Die beiden leichtesten Elemente entstehen bereits direkt nach dem Urknall und sind die Basis für die Synthese aller weiteren Elemente. Als im noch jungen Universum riesige Gaswolken unter ihrer eigenen Schwerkraft zu den ersten Sternen kollabierten, verdichtete sich die Materie in ihrem Inneren so sehr, dass Fusionsprozesse einsetzten. Bei diesem nuklearen Brennen entsteht zunächst Helium aus Wasserstoff. Die dabei frei werdende Energie stabilisiert den Stern gegen den Druck der Schwerkraft [2]. Im Fall massereicher Sterne, die mindestens achtmal so schwer sind wie unsere Sonne, zünden im Zentrum des Sterns nach und nach weitere Brennphasen, bis ein Eisenkern entstanden ist. Darin finden sich Isotope der Elemente um Eisen mit Massenzahlen A zwischen 50 und 65. Sie besitzen die höchste Kernbindungsenergie pro Nukleon, sodass eine weitere Fusion als endotherme Reaktion dem Stern Energie entziehen würde. Darüber hinaus sind diese Reaktionen sehr unwahrscheinlich, weil aufgrund der steigenden Ladungszahl der Isotope eine immer größere abstoßende Coulomb-Kraft zu überwinden ist. (...)

 

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Forschung

Nukleonen im Paartanz

23.12.2019 - Jahresrückblick Kern-, Teilchen- und Astroteilchenphysik 2019.

Panorama

Fünfzig Jahre Schwerionen-Forschung

17.12.2019 - Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung feiert heute sein fünfzigjähriges Bestehen.

Ehrenamtliches Engagement

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Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum

Die HiScroll Serie besteht aus drei ölfreien und hermetisch dichten Scrollpumpen mit einem nominellen Saugvermögen von 6 – 20 m³/h. Die Pumpen zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Leistung beim Evakuieren gegen Atmosphäre aus. Ihre leistungsstarken IPM*-Synchronmotoren erzielen einen bis zu 15% höheren Wirkungsgrad in Vergleich zu konventionellen Antrieben.

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Die äußerst leisen, kompakten, ölfreien Pumpen

Die Modelle der neuen Scrollpumpenbaureihe HiScroll von Pfeiffer Vacuum sind ölfreie, hermetisch dichte Vakuumpumpen. Die kompakte Bauweise sowie leiser und vibrationsarmer Betrieb zeichnen die Neuentwicklungen besonders aus.

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HiScroll FunktionsVideo

 

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Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

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