Astrophysik: Rollentausch beim Protonen-Einfang

Frankfurter Physiker untersuchen Entstehung protonenreicher Elemente in den Sternen

29.09.2015 - Deutschland

Die Synthese schwerer Elemente in den Sternen oder bei Supernovae ist in großen Teilen verstanden: Die meisten Isotope der Elemente schwerer als Eisen enstehen durch eine Reihe von Neutronen-Einfangprozessen und anschließenden radioaktiven Zerfall. Rätselhaft bleibt bis jetzt die Entstehung einiger Dutzend natürlich vorkommender protonenreicher Kerne. Astrophysiker vermuten, dass sie zum Teil eine Folge von Protoneneinfängen an schon vorhandenem Material sind und untersuchen dies in Beschleunigern. Die Gruppe um Prof. René Reifarth von der Goethe-Universität hat nun eine clevere Methode gefunden, die Ausbeute dieser Reaktionen deutlich zu erhöhen.

Bisher untersuchten Physiker die Protonen-Einfangreaktion, indem sie einen Protonenstrahl erzeugten und auf die Probe eines der protonenreichen Elemente prallen ließen. Problematisch wird diese Methode, wenn die Probe aus einem schnell zerfallenden radioaktiven Isotop besteht. Da solche Isotope an vielen wichtigen Proton-Einfang-Prozessen beteiligt sind, entzogen sich diese bisher der experimentellen Untersuchung. Nun hat die Gruppe von René Reifarth gezeigt, dass man die Rollen von Probe und Teilchenstrahl vertauschen kann. Sie schoss dazu einen Strahl frisch erzeugter Ruthenium-96-Ionen im Ionenspeicherring des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung auf ein quasi ruhendes Protonengas.

„Auf diese Weise können wir später den teuren und kurzlebigen radioaktiven Schwerionenstrahl am effizientesten nutzen“, erklärt Reifarth die Vorteile der Methode. Zwar könnte man die Zahl der Protenen-Einfangreaktionen auch erhöhen, wenn man die durchquerte Protonenschicht dicker machte, müsste dann aber in Kauf nehmen, dass der Schwerionenstrahl deutlich abgebremst wird. Die Forscher verwenden daher nur eine sehr dünne Protonenschicht und lassen den Ionenstrahl im Ring kreisen, so dass er eine Million Mal pro Sekunde mit dem Protonengas kollidiert. In jedem Umlauf wird dann die im Protonengas verlorene Energie mit einem Elektronenkühler wieder zugeführt.