Aktivierungsmessplatz zum Nachweis radioaktiver Kernreaktionsprodukte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In einem Tiefkellerlabor des Instituts für Kernphysik der Universität zu Köln mit sehr niedrigem natürlichem Strahlungsuntergrund wurden die beiden hochreinen segmentierten Detektoren zunächst für die Analyse von Aktivierungsexperimenten zur Untersuchung astrophysikalisch relevanter Kernreaktionen verwendet. Seit Inbetriebnahme wurden unter anderem die Reaktionsprodukte der Reaktionen 141Pr(α,n)144Pm und 168Yb(α,n)171Hf untersucht, um Details über die Wechselwirkung von α-Teilchen mit schweren Atomkernen bei Energien, wie sie auch in stellaren Szenarien relevant sind, zu erfahren. Dabei liegt eine der experimentellen Herausforderungen in den sehr kleinen Reaktionsquerschnitten. Um mit der Methode absolute Wirkungsquerschnitte bestimmen zu können, ist es essentiell, die absolute Nachweiseffizienz der Detektoren in einem Energiebereich von ca. 30 keV bis 3 MeV zu kennen. Dafür wurden neben zahlreichen Messungen mit Kalibrierungsquellen umfangreiche Simulationen des Aufbaus mit dem Monte-Carlo-Code GEANT4 durchgeführt. Bei der Untersuchung der Reaktion 141Pr(α,n)144Pm wurde das spezielle Design der Detektoren ausgenutzt. Das Reaktionsprodukt 144Pm zerfällt unter Emission von drei koinzidenten γ-Quanten. Wir haben nun Koinzidenzen zwischen zwei Kristallsegmenten gefordert und konnten damit den Untergrund in den Spektren drastisch reduzieren. Die Datenaufnahme ist komplett digitalisiert und eröffnet damit neue Möglichkeiten im Vergleich zur analogen Signalverarbeitung. Nach Sanierung des gesamten Kölner Beschleunigerbereichs werden die Detektoren auch für in-beam Experimente in Köln verwendet. Dazu werden sie in das bestehende HORUS-γ-Spektrometer integriert, dessen Datenerfassung in der Zwischenzeit ebenfalls erfolgreich vollständig digitalisiert wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Determination of 141Pr(α,n) 144Pm cross sections at energies of relevance for the astrophysical p process using the γγ coincidence method” Physical Review C 84 (2011) 045808
A. Sauerwein, H.-W. Becker, H. Dombrowski, M. Elvers, J. Endres, U. Giesen, J. Hasper, A. Hennig, L. Netterdon, T. Rauscher, D. Rogalla, K. O. Zell, and A. Zilges
- „Nuclear physics experiments for the astrophysical p process“ Progress in Particle and Nuclear Physics 66 (2011) 363
A. Sauerwein, M. Elvers, J. Endres, J. Hasper, A. Hennig, L. Netterdon, and A. Zilges
