Astrophysik und Meteorite
Woher stammen die chemischen Elemente? Nukleare Astrophysik hat zum Ziel, diese Frage zu beantworten, indem sie die Bedingungen des frühen Universums und in Sternen auf der Erde reproduziert, um mittels experimenteller Daten zuverlässige Modelle für die Nukleosynthese von Isotopen und die Anreicherung schwerer Elemente in Galaxien zu erstellen.
Die Beschleuniger-Massenspektrometrie ermöglicht auch die direkte Suche nach Nukleosyntheseprodukten in Form von langlebigen Radionukliden in geologischen Proben. In direktem Zusammenhang mit der Suche in geologischen Proben steht die Ermittlung von Produktionsraten und Bestrahlungsverläufen von Meteoriten mit langlebigen Isotopen. Eine weitere Anwendung ist der "Aktivierung + AMS"-Ansatz zur Bestimmung astrophysikalischer Reaktionsquerschnitte, komplementär zu online Messungen mit direktem Nachweis während der Bestrahlung einer Meßprobe.
Anwendungen
Die Suche nach interstellarem Staub aus Supernovae. AMS wird zum direkten Nachweis von Nukleosyntheseprodukten auf der Erde genutzt. Das langlebige Radionuklid 60Fe (Halbwertszeit von 2,6 Myr) ist auf der Erde natürlich nicht vorhanden. Es wird hauptsächlich in Sternen in späten Brennstadien und in Supernovae, sowie in Kernreaktionen durch kosmische Strahlung in Meteoriten und kosmischem Staub erzeugt. Die Suche nach 60Fe in Eisen-Mangankrusten und -knollen, Tiefseesedimenten, Mondgestein und antarktischem Schnee zeigte, dass es in der Vergangenheit mehrere interstellare 60Fe-Einflüsse gegeben hat und 60Fe auch heute noch von der Erde aufgenommen wird. In Zusammenarbeit mit der AMS-Gruppe der ANU an der Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) in Canberra detektieren wir in verschiedenen Proben erfolgreich 60Fe, das aus kürzlich stattgefundenen Supernovae stammt, und sind derzeit die einzige Kollaboration weltweit, die dazu in der Lage ist.
Wo findet r-Prozess statt? Das langlebige Radionuklid 244Pu (Halbwertszeit von 81 Myr) entsteht im astrophysikalischen r-Prozess. Dieser Prozess ist für die Hälfte der Atome schwerer als Eisen verantwortlich. Wir wissen aber nicht, wo dieser Prozess stattfindet. Der Nachweis des gleichzeitigen Eintrags von stellaren Nukliden (z. B. 60Fe) und r-Prozess-Nukliden (z. B. 244Pu oder 247Cm) könnte verwendet werden, um verschiedene r-Prozess-Stätten zu untersuchen. Ziel ist es, eine Historie der interstellaren Radionuklidzuflüsse mit unterschiedlichen Halbwertszeiten als Chronomarker und unterschiedlichen Ursprüngen zu erstellen, um zu verstehen, wie die solare Nachbarschaft entstanden ist, wie Sternexplosionen die Erde beeinflussen und vor allem, wo die schweren Elemente im Universum entstehen.
Bestrahlungsalter und Produktionsraten in Meteoriten. Unsere Gruppe beteiligt sich an der Identifizierung und Kategorisierung von Meteoriten anhand ihres Radionuklidinventars, um eine globale Meteoritendatenbank aufzubauen. Für die Radionuklide 53Mn und 60Fe lieferte die Gruppe gemeinsam mit internationalen KollegInnen mehr als 2/3 der global gemessenen Meteoritendaten. Konstanz der galaktischen kosmischen Strahlungsintensität sowie Bestrahlungsalter einzelner Meteoriten können mit Hilfe langlebiger Radionuklide im und außerhalb des Gleichgewichts untersucht werden.
Studium astrophysikalischer Kernreaktionen. Neben der direkten Suche nach Nukleosyntheseprodukten auf der Erde arbeitet unsere Gruppe an experimentellen Daten zur Unterstützung von Modellen, insbesondere Wirkungsquerschnitten für Reaktionen induziert durch geladene Teilchen und Neutronen. Messungen von stellaren Energien können in beschleunigerbasierten Bestrahlungsanlagen simuliert werden, z. B. durch direkte Bestrahlung mit geladenen Teilchen oder durch Nutzung der 7Li(p,n)7Be-Reaktion zur Erzeugung eines quasi-stellaren Neutronenspektrums. Mittels AMS wird dann das Verhältnis zwischen Anfangsisotop und Reaktionsprodukt bestimmt, welches in Kombination mit der Bestrahlung den Wirkungsquerschnitt ergibt.
Nutzer Informationen
Projekte und Kollaborationen
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Literatur
Grundlagen
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Eigene Publikationen (siehe auch hier)
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