Exotische Radionuklide aus Beschleuniger-Abfall für Wissenschaft und Technologie – ERAWAST III: Halbwertszeitbestimmung von reinen Elektroneneinfangs-Nukliden (La-137, Tb-157)

• Antragsteller: Dr. Karsten Kossert
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450057137

Im Rahmen von zwei Vorläuferprojekten (ERAWAST I und II) – gefördert vom Schweizer Nationalfonds (SNF) – wurde deutlich aufgezeigt, dass der Mangel an verlässlichen Kernzerfallsdaten überraschend groß ist. Dies gilt insbesondere für Radionuklide mit relativ langen Halbwertszeiten. Generell sind Halbwertszeiten für Anwendungen in der Nuklearmedizin und der Industrie relevant, und in vielen Forschungsgebieten (z.B. Umwelt- und Klimaforschung, Geo- und Sonnenforschung) werden genaue Daten benötigt.Eine Forschungsgruppe am PSI hat Zugriff auf eine nennenswerte Anzahl von Quellen langlebiger Nuklide und hat in den letzten 15 Jahren herausragende Erfahrung in radiochemischer Trennung und Aufreinigung erworben. Hierauf aufbauend konnten mehrere Radionuklide gemessen und einmalige Ergebnisse erlangt werden.Mit dem vorliegenden Proposal (SNF als Lead Agency zusammen mit der DFG) legen wir den Schwerpunkt auf die Halbwertszeitbestimmung der ersten beiden Lanthanide als reine Elektroneneinfänger: 137La and 157Tb. Die Halbwertszeitmessungen an diesen beiden Radionukliden sind extrem anspruchsvoll und hängen in hohem Maße von der Qualität der Proben ab. Insbesondere dürfen in der Probe keine anderen radioaktiven Isotope enthalten sein und das Zählen der Atome erfordert eine verlässliche Abschätzung des Beitrags möglicher Isobaren. Außerdem sind Übergangswahrscheinlichkeiten und Emissionsspektren in Folge der Atomrelaxation nach Elektroneneinfang dieser beiden Isotope nicht gut bekannt, was die Unsicherheit der Aktivitätsmessungen entsprechend erhöht. Verbesserungen könnten erreicht werden, indem man diese Spektren mit einem neuartigen Typ von Detektoren, den metallisch magnetischen Kalorimetern (MMC) vermisst, die derzeit von mehreren Forschungsgruppen aus dem Bereich der Metrologie untersucht werden. Spezielle Verfahren zur Probenherstellung müssen noch entwickelt werden, um diesen Detektortyp für solche Messungen einsetzen zu können. Die folgenden Aufgaben müssen bearbeitet werden:• Aufreinigung der 137La Probe, die im Rahmen von ERAWAST II gewonnen wurde.• Abtrennung des 157Tb von bestrahltem und angereichertem 156Dy. Aufreinigung der Probe.• Aktivitätsbestimmung mit Flüssigszintillationszählung mit einer Unsicherheit < 5% (Ausführung durch die PTB).• Bestimmung der Anzahl der Atome mit ICP-MS mit einer Unsicherheit < 2% unter Berücksichtigung des Isobarenbeitrags.• Untersuchung von Verfahren zu Herstellung von Proben für MMCs.Präzisionsmessungen mit kleinen Unsicherheiten erfüllen die Anforderungen der Communities, die sich mit Kerndaten befassen, der Forschergruppen aus dem Bereich der Metrologie und verwandter Disziplinen. Mit diesem auf zwei Jahre angelegten Forschungsprogramm, hoffen wir den Weg für ein nachhaltiges Programm für die Probenherstellung und die Entwicklung von Messtechniken für langlebige, schwer zu messende Isotope zu ebnen, auch für die Zeit nach dem Ruhestand von Gesuchstellerin D. Schumann (PSI) im Jahr 2023.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartnerin: Dr. Dorothea Schumann