28
a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Bindungsenergie: (semi-) empirische Massenformel von Bethe-Weizsäcker

B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

B = av A - as A2/3 - ac Z(Z-1)A-1/3 - asym (A-2Z)2/A ap A-3/4

Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung

Bindungsenergie: (semi-) empirische Massenformel von Bethe-Weizsäcker

Page 2: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

1934Enrico Fermi proposes to irradiate Uranium with neutrons in order to synthesise Even heavier elements

1938Otto Hahn andFritz Straßmanndiscover the neutron-inducednuclear fission

193960-inch-cyclotron group:Cooksey, Corson, Ernest O. LawrenceThornton, Backus, Salisbury,Luis Alvarez und Edwin McMillan

With Fermi’s method and the 60’’-cyclotron 7 Transurane could (Z=93-98) Be synthesised. By irradiation of actinides with light ions the elements up Z=106 could beProduced in Berkeley (CA, U.S.A.)and in Dubna (Rußland).

The linear acceleratorUNILAC and thevelocity filter SHIP at GSI allowed for the synthesis of elements with Z=107-112.

Synthesis of SHE via hot fusion of heavy target nuclei with light projectiles1952 1974

Neutron period1940 1952

1896Discovery of radioactivity by A.H. Becquerel

Radioactivity period1896 1940

Synthesis of SHE via gentle fusion (Pb and Bi as target nuclei)1974 1996

1899Actinium (Z=89) 1908

Radon (Z=86) 1939Francium (Z=87)

1917Protactinium (Z=91)

1952Einsteinium (Z=99)Fermium (Z=100)

1940Astatin (Z=85)Neptunium (Z=93)

1944Americium (Z=95)Curium (Z=96)

1941Plutonium (Z=94)

1950Californium (Z=98)

1949Berkelium (Z=97)

1996Element 112

1994Element 110Element 111

1982Meitnerium (Z=109)

1981Bohrium (Z=107) 1984

Hassium (Z=108)

(P. Armbruster, “Spektrum der Wissenschaft“, Dezember 1996)

1969Rutherfordium (Z=104)

1965Nobelium (Z=102)Lawrencium (Z=103)

1974Seaborgium (Z=106)

1970Dubnium (Z=105)

1955Mendelevium (Z=101)

1898 Polonium (Z=84) Radium (Z=88)

History of the synthesis and discovery of super heavy elements (SHE)

Page 3: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

liquid dropmodel

stabilisation viashelleffects

Z = 100

Island ofstability

?

The Limits of Stability

Page 4: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

Synthese von Element 107

„Kalte Fusion“: Erzeugung eines Verbundkerns mit geringer Anregungsenergie

Page 5: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

208Pb

region der spherically shell stabilised nuclei(„island of stability“)

region of deformed shell stabilised nuclei around Z=108 and N=162

at GSI: Elements 107-112first synthesisedand unambiguouslyidentified

107 – Bh108 – Hs109 – Mt

Schalenkorrekturen Eshell in der Region der schweren Elemente

P. Möller et al.

Page 6: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

Alpha -Zerfall

klassisch verboten.

QuantenmechanischerTunneleffekt

Page 7: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

α-Zerfall: Halbwertszeit vs. Q-Wert

Page 8: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

α-Zerfall: Q-Wert gegen Massenzahl

Page 9: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 10: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 11: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

Stop- und Backward-Detector Array

Page 12: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

58Fe+209Bi 267Mt*

- an Example Chain

Page 13: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

SHE Cross Section Systematic (1n ER Reactions)

first hint for deviation from empirically observed trend from LBNL?

Xno evidence of unusual behaviour for the 1n-reactions yet

Page 14: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

deviation from empirically observed trend at the FLNR (Dubna)

1pb

SHE Cross Section Systematic (xn ER Reactions)

„cold fusion“ (Pb and Bi targets)

„hot fusion“ (actinide targets)

Page 15: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

•time limits for the actual efficiency of the set-up

10 days

1 minute

1 hour

1 day

1 second

•time limits for a set-up with a 10 times improved efficiency

10 days

1 minute

1 hour

1 day

1 second

Time Limits for the Heavy Element Production

Page 16: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 17: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 18: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 19: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 20: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 21: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 22: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 23: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 24: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

SHIPKinematic seperator

fusion of A=40 to 80 projectiles with Pb, Bi

target: 0.5 mg/cm2

energy 5 A MeV

intens. 2-5 1012 ions/s

repetition rate 50 Hz

pulse duration 6ms

The SHIPTRAP Project

Page 25: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

The SHIPTRAP Project

Combined In-Flight and ISOL facility for fusion products

Mass measurements for * trans-uranium elements * N=Z nuclei

Gas cell

RFQ coolerand buncher Penning trap

Page 26: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 27: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische
Page 28: B = a v A - a s A 2/3 - a c Z(Z-1)A -1/3 - a sym (A-2Z) 2 /A a p A -3/4 Volumen Oberfläche Coulomb Symmetrie Paarung Bindungsenergie: (semi-) empirische

known

CN277112

273110

269Hs

265Sg

261Rf

257No

11.45 MeV280 s

11.08 MeV110 s

9.23 MeV19.7 s

4.60 MeV (escape)7.4 s

8.52 MeV4.7 s

253Fm8.34 MeV15.0 s

Date: 09-Feb-1996Time: 22:37 h

277112

70Zn 208Pb 277112

n

kinematic separationin flight identification

by - correlationsto known nuclides

Synthesis and Identification of SHE at SHIP