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Projekt
Detektor für Spaltfragmente aus Elektrospaltungsreaktionen am S-DALINAC
Fachliche Zuordnung
Teilchen, Kerne und Felder
Förderung
Förderung in 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541476531
Die natürliche Entstehung der schweren chemischen Elemente im Universum stellt eine ungelöste fundamentale Frage der Wissenschaft dar. Das Gravitationswellensignal GW170817 und das damit verknüpfte transiente Kilonova Signal im elektromagnetischen Spektrum lieferten Beweise für die Entstehung von Seltenen Erden in Verschmelzungen zweier Neutronensterne, die Bedingungen für schnellen Neutroneneinfang (r-Prozess) zur Synthese schwerer Elemente bieten. Nuklearer Massenzuwachs durch Neutroneneinfänge und folgende Betazerfälle enden bei Aktiniden, wenn Spaltreaktionen konkurrieren. Spaltfragmente bilden neue Saatkerne für den r-Prozess. Die quantitative Modellierung des r-Prozess verlangt nach verlässlichen Modellen der Kernspaltung für experimentell unzugängliche, neutronenreiche Aktiniden und verbesserte Daten für zugängliche Aktiniden, um jene zu testen. Für bessere Daten zu Kernspaltungsreaktionen soll am Institut für Kernphysik der TU Darmstadt ein Detektor für Elektronenstrahl-induzierte Kernspaltungsreaktionen aufgebaut werden. Der Strahl des S-DALINAC Elektronenbeschleunigers soll Spaltreaktionen an Aktinidentargets auslösen. Die gestreuten Elektronen werden mit dem QCLAM Magnetspektrometer energieaufgelöst nachgewiesen und die Massen beider Spaltfragmente sollen, erstmals in Elektrospaltungsreaktionen, mit einer Auflösung von bis zu 1 amu in Koinzidenz mit den Elektronen gemessen werden. Hierzu dient der beantragte DEFERA Detektor. Er besteht aus einem Start-Detektor, der das Zeitsignal der gestreuten Elektronen liefert, und einem Feld von Spaltfragmentdetektoren (SFD), die um das Target angeordnet sind. Sie bestehen aus doppelseitigen Siliziumstreifendetektoren (DSSSDs) und dienen als Stop-Detektoren für Flugzeitmessungen und als Kalorimeter zur Bestimmung der kinetischen Energien der Fragmente. Aus der Geschwindigkeitsinformation durch Bestimmung der Flugzeit und dem Detektorabstand zum Target und der kinetischen Energie wird für jedes Fragment die Masse bestimmt. Die Massenverteilung kann so als Funktion der Anregungsenergie mit weltweit höchster Auflösung und als Funktion des Drehimpulsübertrags aus der Elektronenwinkelverteilung bestimmt werden. Diese überbestimmten Daten (einschließlich der bekannten Masse der Targetkerne) erlauben es, erstmals die Spaltfragmentmassenverteilung und Neutronenmultiplizität als Funktion der Anregungsenergie und des Drehimpulsübertrags für Isotope der Elemente Thorium, Uran, Plutonium und Curium zu bestimmen. Sie werden mikroskopische Modelle der Spaltprozesse schwerer Kerne sensitiv testen und dienen ihrer Verbesserung. Dieses ist notwendig für die Extrapolation ihrer Vorhersagen zu exotischen sehr neutronenreichen Aktiniden für das quantitative Verständnis des Abschlusses des r-Prozesses in Neutronensternverschmelzungen im sogenannten „r-Prozess Spaltzyklus“. Der DEFERA Detektor wird im Rahmen des hessischen Clusterprojekts ELEMENTS aufgebaut und ist ein Baustein des gleichnamigen Exzellenzclusterantrags.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Detektor für Spaltfragmente aus Elektrospaltungsreaktionen am S-DALINAC
Gerätegruppe
0260 Strahlungsmeßplätze (außer 033, 330-339, 405 und 615-619)
Antragstellende Institution
Technische Universität Darmstadt
