Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gefangen im Vakuum: Mit Penningfallen auf der Suche nach der Insel der Stabilität

05.05.2010
Jens Ketelaer und Kollegen bauen eine Präzisionswaage zur Massenmessung künstlich erzeugter Isotope auf – Erste Experimente demonstrieren außerordentliche Genauigkeit

Elemente wie Sauerstoff oder Wasserstoff, Kalzium oder Eisen gehören zu den 92 chemischen Elementen, die natürlich auf der Erde vorkommen. Das schwerste natürliche Element ist Uran.

Darüber hinaus können Physiker durch Kernreaktionen neue Elemente künstlich herstellen: Zu diesen superschweren Elementen gehören beispielsweise Nobelium und Hassium, Darmstadtium und Roentgenium. Die bisherigen Neuschöpfungen sind jedoch extrem kurzlebig, und die Suche geht weiter in der Hoffnung, auf eine „Insel der Stabilität“ zu stoßen. Hier würden die superschweren Atomkerne nicht schon nach Sekundenbruchteilen zerfallen, sondern wesentlich länger Bestand haben, vielleicht sogar mehrere Jahre. Jens Ketelaer vom Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz baut im Rahmen seiner Doktorarbeit zusammen mit seinen Kollegen die elektromagnetische Präzisionswaage TRIGA-TRAP auf, eine sogenannte Penningfalle, mit deren Hilfe genauere Vorhersagen über die Lage der Stabilitätsinsel möglich werden sollen.

Das Poster vor dem Eingang zum Mainzer Kernreaktor zeigt einen Vergleich: Ein großer Airbus A380 mit einer kleinen grünen Erbse an Bord. So genau arbeitet Ketelaers Penningfalle, dass sie feststellen würde, ob der 600 Tonnen schwere „Superjumbo“ eine Erbse mehr oder weniger geladen hat. Mit einer ähnlichen Waage ist es einer internationalen Kollaboration von Wissenschaftlern am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt unter Beteiligung der Mainzer Forschungsgruppe kürzlich zum ersten Mal gelungen, die Masse des künstlichen Elements Nobelium mit nie dagewesener Genauigkeit zu messen. Diese hochpräzise, direkte Massenmessung gilt als Pionierarbeit auf diesem Forschungsgebiet. „Wir bauen hier in Mainz ein viel sensitiveres Nachweissystem auf, das später auch an der GSI zum Einsatz kommen wird“, erklärt Ketelaer. „Mit ihm werden wir in Zukunft noch schwerere Elemente mit der Penningfalle wiegen können und vielleicht auch zur Insel der Stabilität vorstoßen.“ Zu den prominenten Forschungseinrichtungen, die mit Penningfallen arbeiten, gehört Isoltrap am CERN, sozusagen die „Mutter aller Anlagen“ für hochpräzise Massenmessungen mit einer Penningfalle.

Die Penningfalle ist eine Art geschlossener Zylinder aus hochreinem Kupfer vom Durchmesser eines 50-Cent-Stücks. Im Innern herrscht ein Ultrahochvakuum. Ein elektrisches und ein magnetisches Feld halten die geladenen Teilchen in der Schwebe und zwingen sie in etwa im Zentrum des Zylinders auf eine kleine Kreisbahn. Die Ionen sind damit gefangen und können im Ruhezustand wesentlich besser untersucht werden als in Bewegung. „Wir messen nun die Frequenz dieses geladenen Teilchens, also wie viele Kreisbewegungen es pro Sekunde macht“, erklärt Ketelaer. Daraus lässt sich die Masse des Teilchens berechnen und zwar mit unvergleichlicher Genauigkeit. Die Einrichtung des Versuchs in der großen Halle des Mainzer Forschungsreaktors Triga hat etwa zwei Jahre gedauert. Die ersten Tests erfolgten Ende 2009 mit dem Element Gadolinium, das zu den Metallen der Seltenen Erden gehört. Die Ergebnisse führten zu deutlich verbesserten Massenwerten, sodass präzisere Aussagen über die Struktur der Atomkerne gemacht werden können.

Wichtig sind derartige Massenmessungen nicht nur für die Kernphysiker, um den Aufbau und die Struktur von Atomkernen besser zu verstehen, sondern auch für die Astrophysiker, die sich für die Entstehung der Elemente in der Natur interessieren und erforschen, wie die ersten Elemente nach dem Urknall entstanden sind. „Wenn wir mehr über den Aufbau und das Verhalten von Atomkernen wissen, können wir vielleicht auch erklären, warum bestimmte Elemente auf der Erde vorkommen und wie sie gebildet wurden“, erläutert Ketelaer. Er ist Mitglied der Arbeitsgruppe „Präzisionsexperimente mit gespeicherten und gekühlten Ionen“ von Prof. Dr. Klaus Blaum, Direktor des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg. Vor seiner Doktorarbeit hat Jens Ketelaer bereits seine Diplomarbeit an der Uni Mainz auf dem Gebiet der Penningfallen-Massenspektrometrie erstellt und dafür sowohl den VDI-Förderpreis als auch den Wolfgang-Paul-Studienpreis erhalten. Er war zwei Jahre Juniormitglied der Gutenberg-Akademie, einer Einrichtung der Johannes Gutenberg-Universität zur Unterstützung besonders herausragender Nachwuchswissenschaftler.

Veröffentlichungen:
M. Block et.al., First direct mass measurements above uranium bridge the gap to the island of stability, Nature, 2010, 463, 785-788.
J.Ketelaer et al., TRIGA-SPEC: A setup for mass spectrometry and laser spectroscopy at the research reactor TRIGA Mainz, Nucl. Instrum. Meth. A, 2008, 594, 162-177.
J.Ketelaer et al., Recent developments in ion detection techniques for Penning trap mass spectrometry at TRIGA-TRAP, Eur. Phys. J. A, 2009, 42, 311-317.

J. Ketelaer et al., Accuracy studies with carbon clusters at the Penning trap mass spectrometer TRIGA-TRAP, Eur. Phys. J. D, 2010, in print.

Kontakt und Informationen:
Jens Ketelaer
Institut für Physik
Quanten-, Atom- und Neutronenphysik (Quantum)
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Tel. +49 6131 39-25325
Fax +49 6131 39-23428
E-Mail: ketela@uni-mainz.de
Dr. Szilard Nagy
Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg
Tel. +49 6131 39-26038
Fax +49 6131 39-23428
E-Mail: szilard.nagy@mpi-hd.mpg.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de
http://www.mpi-hd.mpg.de/blaum/high-precision-ms/triga-trap/index.en.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Spintronik: Forscher zeigen, wie sich nichtmagnetische Materialien magnetisch machen lassen
06.08.2020 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Erster radioastronomischer Nachweis eines extrasolaren Planetensystems um einen Hauptreihenstern
05.08.2020 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics