Doktorarbeit

Inbetriebnahme anhand von ³²S und erste Ergebnisse über ¹¹²Sn des Niederenergie Photonentaggers NEPTUN

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PDF, 41,7 MB, englisch

Mehr über das NEPTUN Experiment

Auf der Seite des Instituts für Kernphysik in Darmstadt

Kurzfassung

Die Entstehung der Elemente ist nach wie vor ein aktives Forschungsfeld. Insbesondere bei Elementen schwerer als Nickel spielt die explosive Nukleogenese eine entscheidende Rolle. Um diesen Prozess beschreiben zu können, ist eine zuverlässige Kenntnis der Zustandsgleichung nuklearer Materie nötig. Während diese Zustandsgleichung für symmetrische Materie bereits gut bekannt ist, trifft das auf asymmetrische Materie, d.h. auf die Symmetrieenergie, nicht zu. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass die Symmetrieenergie mit der Neutronenhautdicke korreliert. Die Neutronenhautdicke korreliert wiederum mit der Polarisierbarkeit. Diese kann mithilfe einer vollständigen Messung der Dipolantwort berechnet werden.

Die vorliegende Arbeit beschreibt den aktuellen Aufbau und Funktionstests des Niederenergie Photonentaggers NEPTUN, der sich am Elektronenbeschleuniger S-DALINAC befindet und einen Strahl von getaggten Photonen zwischen ≈ 1 MeV und 20 MeV liefert. Dieser quasi-monoenergetische Photonenstrahl mit einer Auflösung von ≈ 25 keV wird benutzt, um die Dipolantwort von Atomkernen zu bestimmen. Das hocheffiziente LaBr₃:Ce-basierte γ-Spektrometer GALATEA kann nicht nur Zerfälle zurück zum Grundzustand, sondern auch Kaskaden mit annehmbarer Effizienz messen. Ein Kalibrationstarget zum Messen des Photonenflusses ist im Gegensatz zu ähnlichen Experimenten nicht notwendig.

Zur Überprüfung der Funktionen von NEPTUN wurde die gut bekannte 8215,4 keV Resonanz von ³²S vermessen. Der integrierte Wirkungsquerschnitt zum Grundzustand und über den ersten angeregten Zustand stimmen mit den Literaturwerten überein. Die Kaskade über den ersten angeregten Zustand konnte ebenfalls mit zwei koinzidenten Photonen in GALATEA gesehen werden. Ebenso konnte ein qualitativer Beweis der Protonenverdampfung erbracht und 9 Zustände in ³¹P beobachtet werden. Obwohl der eigentliche Zweck von NEPTUN vielmehr die Beobachtung eines Kontinuums und nicht einzelner Zustände ist, zeigen diese Ergebnisse, dass das Experiment gut verstanden ist.

Das eigentliche Ziel von NEPTUN ist, die vollständige Dipolanwort der stabilen Sn Isotope zu messen und einen verlässlichen Wert für die Polarisierbarkeit anzugeben. Die erste Messung wurde mit Photonen im Bereich von 7,6 MeV bis 9,6 MeV an ¹¹²Sn durchgeführt. Innerhalb dieses Bereichs wurden der integrierte Wirkungsquerschnitt und die B(E1)-Stärke bestimmt. Diese stimmen sowohl mit aktuellen (p, p’) Experimenten als auch mit der Extrapolation der Dipol-Riesenresonanz, gemessen in (γ, n) Experimenten, überein. Sie weichen jedoch um mehr als eine Größenordnung von vorherigen (γ, γ’)-Experimenten ab.

Das bedeutet, dass sich ein großer Teil der Dipolstärke in kleinen Zuständen befindet und nur in Experimenten mit bekannter Photonenenergie, wie z.B. NEPTUN, gemessen werden kann.

Um die Messungen in vertretbarer Strahlzeit abzuschließen, bekommt NEPTUN gerade ein größeres Upgrade, das die Messzeit um mehr als zwei Größenordnungen verringern wird. Design, Zweck und die erwartete Leistung der neuen Teile werden beschrieben und neue Ideen für zukünftige Messungen gegeben.