ELI-NP: Erzeugung und Nutzung von Gamma- und Teilchenstrahlung mit Hochleistungslasern an ELI-NP

Abstract

Die "Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics" (ELI-NP) ist ein neu errichtetes Forschungszentrum in Magurele/Bukarest. Neben experimentellen Hochleistungslaser soll hier eine Beschleunigeranlage zur Erzeugung von brillanten fast-monoenergetischen und vollständig polarisierten Gammastrahlen realisiert werden. Bereits in die Planungen für ELI-NP, sowie in die Definition eines wissenschaftlichen Programms vor allem für die ersten Experimente, waren der Antragsteller und seine Arbeitsgruppe bereits stark involviert. Insbesondere wurden Experimente zur "kosmischen Uhr" Tantal-180m und zu Transuranen wie Isotopen des Plutonium und Californium vorgeschlagen und positiv evaluiert. Des Weiteren wurde an der TU Darmstadt ein Strahlmonitor zur online-Vermessung der Polarisation, Intensität und Energieverteilung des ELI-NP Gammastrahls konzipiert und gebaut. Dieser Strahlmonitor wurde nun nach Bukarest zur ELI-NP verbracht. Es wird derzeit kommissioniert und in Betrieb genommen.

Am S-DALINAC Elektronenbeschleuniger am Institut für Kernphysik der TU Darmstadt wurden erste Messungen am Isotop 242 Pu durchgeführt. Hierzu musste der Photonenstreu-Setup zur Erfüllung höchster Sicherheitsvorschriften umfassend angepasst werden. Das Experiment führte zu der erstmaligen Beobachtung von Dipolanregungen und ihren M1 (und E1) Anregungsstärken in diesem schwersten, je in Photonenstreuung untersuchten Nuklid. Die gefundenen Zustände der nuklearen Scherenmode und ihre gemessenen Anregungsstärken und Gammazerfälle werden direkt in die weiteren Experimentplanungen für ELI-NP, bzw. bis zur Fertigstellung des dortigen Gammastrahlsystems für Forschungen an der U.S.-amerikanischen High Intensity γ–ray Source (HIγS), eingehen.

Weitere im Rahmen des Projekts durchgeführte, bzw. fertiggestellte, Arbeiten befassten sich mit der Nutzung von Gammastrahlen im niederen Energiebereich für die Beantwortung von Kernstrukturfragen, in diesem Falle die umstrittene Evolution der E2 Stärkeverteilung in Zinn-Isotopen. Diese Arbeiten können insbesondere für die erste Phase eines Gammastrahlsystems an ELI-NP, in der nur wenige MeV Energie erreicht werden können, neue Wege eröffnen. Auch die Nutzung von Gammastrahlen mit hoher Brillanz (ca. 1 % relative Energieauflösung des Strahls) konnte an HIS getestet werden und führte zu dem überraschenden Ergebnis, dass auch Dipol-angeregte Kernzustände bei hohen Energien, also hohen Zustandsdichten, in deformierten Kernen nicht nur statistisch zerfallen, sondern zumindest teilweise durch strukturelle Phänomene wie die K Quantenzahl dominiert sind.