von DIRK EIDEMÜLLER
Einen Atomkern stellt man sich gewöhnlich als dichte Packung von Neutronen und Protonen vor. Seine Bestandteile hängen allerdings keineswegs wie Kugeln aneinander. Es sind Quantenteilchen, die Wellencharakter aufweisen und mit enorm hohen Energien aneinander gebunden sind – und dabei doch mit hoher Geschwindigkeit im Kern herumwuseln können. Aufgrund ihrer Quantennatur bewegen sich die Protonen und Neutronen im Atomkern genauso wie Elektronen in bestimmten Orbitalen der Atomhülle. „Das führt dazu, dass Atomkerne je nach dem Gehalt an Neutronen und Protonen sehr unterschiedliche Formen annehmen können“, sagt Wilfried Nörtershäuser, Professor für Atom- und Kernphysik an der Technischen Universität Darmstadt. Mit seinem Team hat er Atomkerne mit ungewöhnlicher Gestalt untersucht.
„Wir haben uns Ruthenium-Kerne angeschaut, die wir durch die spontane Spaltung schwerer Atomkerne am Argonne National Laboratory in den USA erzeugt haben“, sagt er. Besonders neutronenreiche Ruthenium-Isotope eignen sich für solche Zwecke, weil sie weit von den besonders stabilen und kugelförmigen Konfigurationen entfernt sind, bei denen Neutronen und Protonen geschlossene Schalen bilden.
Gemeinsam mit Kollegen einer internationalen Forschungsgruppe hat sein Team federführend die neue Atlantis-Strahllinie aufgebaut, mit der solche Experimente nun möglich sind. Diese Strahllinie stammt eigentlich von der FAIR-Anlage (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt, wurde aber wegen dortiger Verzögerungen an das Argonne National Laboratory südwestlich von Chicago gebracht, um bereits damit zu arbeiten. Sie dient dem Einfang seltener, exotischer Atomkerne, um Fragen zur nuklearen Astrophysik und Kernphysik zu beantworten. Atlantis steht für Argonne Tandem hall LAser beamliNe for aTom and Ion Spectroscopy.
Der Bildschirm zeigt die Atlantis-Messung eines Ruthenium-Resonanzsignals. · Foto: © Bernhard Maaß / ANL
Kerne mit vielen Neutronen
Bei den Experimenten von Nörtershäuser und seinem Team zerfallen künstlich erzeugte, schwere Atomkerne des Isotops Californium-252 spontan mit einer Halbwertszeit von etwa zwei Jahren in zwei leichtere Kerne. Dabei entstehen viele Isotopen. Aus diesen Atomkernen werden die des Rutheniums mithilfe eines elektromagnetischen Filters herausgefischt. Dabei interessieren sich die Physiker für radioaktive Isotope mit erhöhtem Neutronengehalt.
