Massenbestimmung von Isotopen bei ISOLTRAP

Von Florian Knittel

Supernovae

Warum zerfallen und fusionieren Atomkerne?• Am Anfang war nur Wasserstoff

vorhanden

• Fusion kann nur bis Eisen56 erfolgen, SONST: Energie zum fusionieren nötig

Þ Hohe Energie die benötigt wird tritt nur in Supernovae auf

• Fuer genaues Verständnis von Vorgängen in Supernovaen ist die Masse der Kerne wichtigBindungsenergie wird bei der Bildung frei !

Wie bestimmt man die Masse eines Kerns?

mNeutron= 1,674 927 351 · 10−27 kg

mProton = 1,672 621 777 · 10−27 kg

A = Z + N

=> mAtomkern = Z * mProton + N * mNeutron

ÞMassendefekt: Masse bei Bindung verloren

Þ mAtomkern = Z * mProton + N * mNeutron – EBindung/c2

Wie berechnet man die Bindungsenergie?Man benötigt: Gute Vorstellung vom Atomkern

=> Kernmodelle

ClustermodellPotenzialtopfmodell

Schalenmodell Kollektivmodell

Wechselwirkende Bosonen ModellOptisches Modell

Potenzialtopfmodell

Fermigas

Troepfchenmodell

Alphateilchenmodell

Kein einheitliches M

odell !!

ÞMassenspektroskopie zur Überpruefung und Erweiterung von Modellen

Massenspektrometer

Ermitteln des Masse/Ladung-Verhältnisses eines geladenen Teilchens

Nutzung elektrischer/magnetischer Felder zur Beinflussung und Trennung der Teilchen

Ionenquelle -> Analysator -> Detektor

𝑚𝑞

Aufbau von ISOLTRAP

Messstellen

MR-ToF MS (Multireflection Time of Flight MS)

𝐸𝑒𝑙=𝐸𝑘𝑖𝑛

𝑈𝑞=12𝑚𝑣 2

𝑡=𝑠

√2𝑈 √𝑚𝑞𝑣=

𝑠𝑡

Bewegung eines Ions im Magnetfeld

𝐹𝑅=𝐹𝑚𝑎𝑔

𝑚 𝑣2

𝑟 𝑐

=𝐵𝑞𝑣

𝑟𝑐=𝑣𝑚𝐵𝑞

𝑓 =1𝑇

𝑇=𝑢𝑣

=2𝜋𝑟𝑣

𝑓 𝑐=𝐵2𝜋

𝑚𝑞

1𝑟 |𝑓 𝑞− 𝑓 𝑐|

Präzissions-Penningfalle

Fuer:

𝑟→𝑚𝑖𝑛 𝑟 𝑡Fuer:

𝑡→𝑚𝑖𝑛

Auswertung der Penning-Fallen-Daten

𝑓 𝑐

𝑓 𝑐𝑟𝑒𝑓

=( 𝐵𝑞2𝜋𝑚 )

( 𝐵𝑞𝑟𝑒𝑓

2𝜋𝑚𝑟𝑒𝑓)=𝑞 ∙𝑚𝑟𝑒𝑓

𝑚 ∙𝑞𝑟𝑒𝑓

𝑓 𝑐= 𝑓 𝑐 𝑍𝑛❑82

=1107794.28𝐻𝑧𝑓 𝑐𝑟𝑒𝑓

= 𝑓 𝑐 𝑅𝑏❑85

=1069212.97𝐻𝑧𝑚 𝑅𝑏❑

85 =84.911789738u

𝑚=𝑚𝑟𝑒𝑓 ∙𝑞 ∙ 𝑓 𝑐𝑟𝑒𝑓

𝑞𝑟𝑒𝑓 ∙ 𝑓 𝑐

𝑚 𝑍𝑛❑82 =

84.911789738𝑢 ∙1𝑒 ∙1069212.97𝐻𝑧1𝑒 ∙1107794.28𝐻𝑧

𝑚 𝑍𝑛❑82 =81.954554958𝑢

Auswertung der MR-ToF-MS-Daten

𝑡𝑡𝑟𝑒𝑓

=

𝑠√2𝑈 √𝑚𝑞𝑠

√2𝑈 √𝑚𝑟𝑒𝑓

𝑞𝑟𝑒𝑓

=√𝑚 ∙𝑞𝑟𝑒𝑓

𝑚𝑟𝑒𝑓 ∙𝑞

𝑡=𝑡 𝐶𝑎❑53 =¿

𝑡𝑟𝑒𝑓 =𝑡 𝐾❑39 =¿

𝑚 𝐾❑39 =38.963706486u

Quellen http://static.cosmiq.de/data/question/de/647/05/647050cbc8276644ee3f5db4b77a0926_1_orig.jpg

http://www.wpclipart.com/smiley/smiley_outlines/smiley_outline_set/smiley_outline_sad.png

http://bilder.augsburger-allgemeine.de/img/incoming/origs29862902/1085913797-w281-h960/2nd-Annual-Up2U-Gala.jpg

http://www.doktorstutz.ch/wp-content/uploads/2013/07/eisen.jpg

http://www.gold-goldbarren.com/wp-content/uploads/2010/02/goldschmuck-online1.jpg

http://www.schmuck-shop.at/images/_foto_STC/_stc_600.jpg

http://www.smilys.net/riesige_smilies/smiley5102.gif

http://www.autohaus-ullrich.com/uploads/pics/fragezeichen_maennchen.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Ring_Nebula.jpg

http://kernphysik.wikispaces.com/file/view/797px-Auftragung_Bindungsenergie_gegen_Massenzahl.svg.png/103863681/494x375/797px-Auftragung_Bindungsenergie_gegen_Massenzahl.svg.png

http://isoltrap.web.cern.ch/isoltrap/images/ISOLTRAP_logo.bmp

http://3.bp.blogspot.com/-n6KdbFVJaXI/UAWldEnUuUI/AAAAAAAAMn8/W8wKl0bkyT4/s640/frauen+albert+einstein+erstmals+kl%C3%BCger+als+m%C3%A4nner.jpg

http://static.panoramio.com/photos/large/34453584.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/Tr%C3%B6pfchenmodell.svg/765px-Tr%C3%B6pfchenmodell.svg.png

http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/tropfmodell1_kernphygrundlagen_gru.gif

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Kernspaltung.gif

http://www.techniklexikon.net/images/s1927_spaltung_von_atomkernen.gif

http://upload.wikimedia.org/math/a/6/0/a60701907bb48a5c544edc4d3d1fcfa5.png

http://upload.wikimedia.org/math/0/e/b/0eb1a8d874234ebe3aa7135b62c91057.png

http://www.nature.com/nature/journal/v498/n7454/pdf/nature12226.pdf

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.110.041101

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/FuerzaCentripetaLorentzN2.svg

https://cds.cern.ch/record/1523757/files/CERN-THESIS-2010-286.pdf

LogoDatum

Dank an:Andree WelkerGünther BachmanLavinia & Jonas

Troepfchenmodell

Atomkern ähnlich WassertropfenLiefert gute Erklaerung fuer KernspaltungLiefert Ansatz fuer die

Berechnung der Bindungsenergie=> Berthe-Weizsaecker-Formel

Berthe-Weizsaecker-Formel