Studium exotischer Kerne mit Elektroneneinfang an hochgeladenen Ionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde theoretisch ein seltener Elektron-Rekombinations-Mechanismus untersucht, nämlich die Kernanregumg durch Elektroneneinfang oder NEEC (in englischer Sprache ,,nuclear excitation by electron capture"), was bedeutet, daß ein freies Elektron in eine gebundene Schale eines Ions unter gleichzeitiger Anregung des Kerns eingefangen wird. Der NEEC-Prozeß verläuft resonanzartig, da die Energieabgabe des Elektrons zwischen dem Kontinuum und gebundenen Zustand gleich der Anregungsenergie des Kerns sein muß. Er ist der Umkehrprozeß der Inneren Konversion und verläuft analog zur dielektronischen Rekombination in der Atomphysik, bei der der Kern durch ein gebundenes Elektron ersetzt ist. Der angeregte Kernzustand zerfällt nach dem NEEC-Prozeß entweder durch Innere Konversion oder durch Emission eines Photons. Der NEEC-Prozeß mit radiativer Kernabregung steht mit dem radiativen Rekombinationsprozeß in Konkurrenz, und die Photonen aus beiden Prozessen können interferieren. Die NEEC-Rekombination stellt eine Brücke zwischen der Kern- und Atomphysik dar und bietet die Möglichkeit, die spektralen Eigenschaften schwerer Kerne mittels atomphysikalischer Experimente zu untersuchen. Hierbei können experimentelle Methoden angewandt werden, welche für Streuexperimente zur Elektronenrekombination von Ionen entwickelt wurden und werden. Leider ist bis heute der NEEC-Prozeß noch nicht beobachtet worden, da die Resonanzkurven sehr geringe Breiten von etwa 10~5-10~8 eV haben, wie unsere Berechnungen zeigen. Wir haben den NEEC-Prozeß für Kerne mit gerader und ungerader Nukleonenzahl untersucht. Für gg-Kerne haben wir einen E2-Übergang vom Grundzustand zum ersten angeregten 2+-Zustand angenommen. In diesem Falle wurden die Kerne 236'2 9 3 2 8U, ^Cm, , ^Er, 154|1 6 546Gd und 162ll 6 6 6 4Dy betrachtet. Bei den ug-, uu- und gu-Kernen 'gHo, , gMn, gFe, gK. 155'^7Gd und 185ll 7 8 5 7Re wurden magnetische Dipol-Übergänge für den NEEC-Prozeß studiert. Die größte Resonanz-Stärke resultiert für den Einfang in die K-Schale von ^Re. Der NEEC-Prozeß mit radiativen Kernzerfall kann mit der radiativen Rekombination (RR) interferieren. Wir haben den Interferenzterm bestimmt, der um einen Faktor 10~2-10~3 kleiner als der N EEC-Querschnitt ist. Die Winkelverteilung der im NEEC-Prozeß emittierten E2-Kern-Strahlung unterscheidet sich charakteristisch von der durch Ei-Strahlung beherrschten RR-Strahlung. Daher empfiehlt es sich, zur Messung des NEEC-Prozesses winkelabhängige Messungen auszuführen und damit die starke Strahlung der RR teils zu umgehen. Besonders interessant ist der NEEC-Prozeß mit Einfang des freien Elektrons in die LSchale eines nackten Ions. Da dieses Elektron schnell in die K-Schale fällt, kann sich der Kern nur noch über den radiativen Zerfall abregen, da die Innere Konversion nicht mehr möglich ist. Dieser Prozeß verlängert die Lebenszeit des angeregten Kerns und führt auf eine um 2 Größenordnungen höhere Resonanz-Stärke. Damit könnte der NEEC-Prozeß experimentell zugänglich sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A. Gagyi-Pälffy: Theory of nuclear excitation by electron capture for heavy ions, Justus-Liebig-Universität, Gießen, Juli 2006
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A. Palffy, Z. Harman, A. Surzhykov, W. Scheid Competition between radiative recombination and nuclear excitation by electron capture Book of Abstracts, edited by J. T. Costello et al., p. 2-32. Belfast, North Ireland, UK: 13th International conference on the Physics of Highly Charged Ions, 28.08.-Q1.09.2006
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A. Pälffy, Z. Harman, A. Surzhykov and U. D. Jentschura Photon angular distribution and nuclear-state alignment in nuclear excitation by electron capture Phys. Rev. A 75 (2007) 012712
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A. Pälffy, Z. Harman, A. Surzhykov, U. D. Jentschura, W. Scheid Photon angular distribution and nuclear-state alignment in nuclear excitation by electron capture. Düsseldorf, Germany: Frühjahrstagung des Fachverbands Atomphysik der DPG, 19.03.-23.03.2007 Verhandlungen der DPG VI, Band 42, /2007
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A. Pälffy, Z. Harman, A. Surzhykov, W. Scheid Competition between radiative recombination and nuclear excitation by electron capture Journal of Physics: Conference Series 58 (2007) 251
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A. Pälffy, Z. Harman, W. Scheid Candidate isotopes for experimental observation of nuclear excitation by electron capture. Frankfurt, Germany: Frühjahrstagung des Arbeitskreises Atome, Molekle, Quantenoptik und Plasmen der DPG, 13.03.-17.03.2006 Verhandlungen der DPG VI, Band 41, 7/2006, S. 29
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A. Pälffy, Z. Harman, W. Scheid Quantum interference between nuclear excitation by electron capture and radiative recombination Phys. Rev. A 75 (2007) 012709
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A. Pälffy, Z. Harman, W. Scheid Theory of excitation of heavy ions by electron. Berlin, Germany. 69. Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Q4.Q3.-09.03.2Q05 Verhandlungen DPG VI, Band 40, 3/2005, S. 51 capture
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A. Pälffy. Z. Harman, W. Scheid Theory of nuclear excitation by electron capture for heavy ions Phys. Rev. A 73 (2006) 012715
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Riezlern, Austria: 26.Tagung der Arbeitsgruppe Energiereiche Atomare Stöße, 30.01.-04.02.2005 A. Pälffy, Z. Harman, W. Scheid Theory of electron recombination by nucleus excitation EAS-26 edited by J. M. Rost and J. Ullrich , p. Ill
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Riezlern, Austria: 27.Tagung der Arbeitsgruppe Energiereiche Atomare Stöße, Q5.02.-10.02.2006 A. Pälffy, Z. Harman, W. Scheid Theoretical studies for observation of nuclear excitation by electron capture EAS-27 edited by J. Rost and j. Ullrich
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Rosario, Argentina: XXIV International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, 20.Q7.-26.Q7.2005 A. Pälffy, Z. Harman, W. Scheid, Excitation of heavy nuclei by electron capture
