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Teilchen und Kerne Poster: Do., 13:00–15:30 D-P415
Untersuchungen zum Nachweis von superschweren Elementen (SHE) mit
hochenergetischer Synchrotron-Strahlung und Röntgenfluoreszenz.
Christian Schnier 1 , Joachim Feuerborn 1 , Klaus-Dieter Liss 1 , Bong-Jun Lee 1
1 GKSS-Forschungszentrum
Berechnungen der Bindungsenergien für die K-Elektronen der SHE und die dazu gehörenden
charakteristischen Röntgenlinien sind schon vor langer Zeit durchgeführt worden.
[1]. Danach können mit monochromatisierter Synchrotron-Strahlung im Energiebereich
130 keV bis über 210 keV durch Anregung ihrer Fluoreszenz superschwere Elemente im
Prinzip nachgewiesen werden.
Z. B. hat die theoretisch vorausgesagte ” stabile Insel“ bei der Ordnungszahl Z=114
(A=298) für die K-Elektronen die Bindungsenergie 200,21 keV. Für die charakteristischen
Linien und die relativen Intensitäten ergibt die Rechnung:K α2=160,01 keV;≈
70 %; K α1=171,84 keV; 100 %; K β3=189,54 keV; ≈12 %; K β1=192,43 keV; ≈
25 %; K β2=197,22 keV; ≈ 3 %; K β2=198,04 keV; ≈ 8 %. Der Nachweis eines SHE
ist wahrscheinlich, wenn zwei oder mehr ungestörte Linien mit passender Energie gefunden
werden.
Die Messungen wurden im Jahre 2004 durchgeführt an der Beamline ID 15A des ES-
RF in Grenoble. Es wurden 20 sog. akzessorische Minerale bestrahlt. Die Auswahl
war angeregt worden durch Befunde extremer Ungleichgewichte der Aktivitäten in den
natürlichen Zerfallsreihen von U-238, U-235 und Th-232, welche bisher nicht erklärt
werden konnten [2]. Jede Probe wurde mit den Primärenergien 185,6 keV, 205,6 keV
und 227,2 keV bestrahlt, womit jeweils die Elemente bis Z=110, Z=115 und Z=119
nachgewiesen werden können.
Eine große Schwierigkeit sind die Störungen durch Summenpeaks (pile-ups) der Elemente
in den Proben, die in den Energiebereich der SHE-Linien fallen. Sämtliche Kombinationen
von deren Linien müssen bei der Auswertung berücksichtigt werden, geordnet
nach der relativen Intensität der Summenpeaks. Zur Unterdrückung der niederenergetischen
Fluoreszenzlinien der leichteren Elemente (z. B. Y, Nb, SEE) und damit
auch deren Summenpeaks mit den schweren Elementen (U, Th, Ta, Pb u.a.) waren
vor den Detektoren Filter aus verschiedenen Metallen (ca.100µ bis 400µ) angebracht.
Eine Unsicherheit besteht darin, daß ein gefundener Peak mehreren superschweren
Elementen zugeordnet werden kann. In den natürlichen Mineralen sind nur geringste
Spuren von SHE zu erwarten. Deswegen dauerten die Bestrahlungen mehrere Stunden
trotz der hohen Intensität de Primärstrahls (bis ca.10 11 Photonen/s auf 1,0x0,5 mm).
In zwei der Proben fanden sich Hinweise auf SHE, abhängig von den Meßparametern
Anfangsenergie, Filter und Meßzeit: mit der Anfangsenergie 186,5 keV gab es Hinweise
auf Z=110, 104. 101 und mit der Anfangsenergie 205,6 keV auf Z=114, 113,103,101,99.
[1] Th. A. Carlson and C.W. Nestor: At. Data Nucl. Data Tables19 (1977) 153-173.
[2] C. Schnier:, J.Radioanal. Nucl. Chemistry, 251 (2002), 191-196 and J. Radioanal.
Nucl. Chemistry, 253 (2002), 209-216.