Sanfte Kern-Fusion

Einen neuen Weg zur Herstellung überschwerer Elemente haben Münchner Forscher entdeckt. Dabei werden leichte Atomkerne derart langsam auf schwere Kerne geschossen, dass sie eigentlich nicht in das Ziel eindringen können sollten. Da die schweren Kerne eine “schwache Seite” haben, gelingt die Verschmelzung aber dennoch.

Nachweis und Untersuchung der superschweren Reaktionsprodukte erfordern spezielle Detektoren. Foto: TU München

Der Vorteil dieser sanften Methode ist ihre hohe Effizienz, berichten Jan Dvorak und Andreas Türler von der Technischen Universität München und ihre Kollegen im Fachblatt “Physical Review Letters”. Die so erzeugten, überschweren Kerne besitzen nur wenig überschüssige Energie, sodass sie relativ selten direkt nach ihrer Entstehung wieder zerplatzen. Den Forschern gelang auf diese Weise erstmals die Herstellung des Nuklids Hassium-271, bestehend aus 108 Protonen und 163 Neutronen.

Zur Herstellung überschwerer Kerne werden Kerne zur Kollision gebracht, die sich aufgrund der Ladung ihrer Protonen gegenseitig abstoßen. Diese Barriere ist vergleichsweise niedrig, wenn Geschoss und Ziel in etwa gleiche Massen besitzen. Dann kann es allerdings Tage oder Wochen dauern, bis es letztlich zu einer Verschmelzung kommt. Eine Alternative ist es, leichte Kerne mit hoher Geschwindigkeit auf schwere Zielkerne zu schießen. “Das ist so, als würde man eine Kugel mit viel Schwung einen hohen Berg hinauf schießen, so dass sie genau auf der Spitze liegen bleibt”, erklärt Türler. Resultat sind relativ viele superschwere Kerne, die infolge ihrer unsanften Entstehung jedoch viel überschüssige Energie besitzen und häufig wieder zerfallen.

Türler und Kollegen fanden nun, dass der Kernphysik auch der goldene Mittelweg offen steht. Bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt schossen die Forscher Kerne von Magnesium-26 (12 Protonen) auf ein Ziel aus Curium-248 (96 Protonen). Es zeigte sich, dass schon bei Geschossenergien, die nach der bisherigen Vorstellung nicht zur Überwindung der Abstoßung genügen sollten, das Hassium-Nuklid entstand.

Die Erklärung für dieses Phänomen fand sich in einer Besonderheit der schweren Ziel-Kerne: Sie sind nicht gleichmäßig rund, sondern können regelrecht deformiert sein. Kommt das Geschoss aus einer günstigen Richtung angeflogen, verspürt es in solchen Fällen eine weniger starke Abstoßung als bei der Annäherung an einen ebenmäßig geformten Kern. Türler und Kollegen hoffen, dank dieses Effekts noch weitere superschwere Nuklide herstellen zu können.

Forschung: Jan Dvorak und Andreas Türler, Institut für Radiochemie, Technische Universität München; Willy Brüchle, Gesellschaft für Schwerionenforschung, Darmstadt; Maxim Lvovich Chelnokov und Alexander Vladimirovich Yeremin, Flerov Laboratory of Nuclear Reactions, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna; und andere

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 100, Artikel 132503, DOI 10.1103/PhysRevLett.100.132503

WWW:
Institut für Radiochemie, TU München
Gesellschaft für Schwerionenforschung
- Wie schwer können Atomkerne sein?
It’s Elemental - The Periodic Table
- Hassium

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