Experimentelle Nukleare Astrophysik in Deutschland

1. Experimentelle Nukleare Astrophysik in Deutschland TU Berlin Ruhr- Uni Bochum Michael Heil (GSI), KHuK Jahrestagung, 25./26.10. 2007 J.W. Goethe Uni Frankfurt FZ Dresden- Rossendorf GSI Darmstadt TU Darmstadt FZ Karlsruhe TU München

2. p-Prozess s-Prozess rp-Prozess Protonenzahl r-Prozess Fusion bis zum Eisen Neutronenzahl Ziele der nuklearen Astrophysik Erforschung der nuklearen Prozesse, die in stellaren Objekten ablaufen und zur Energieproduktion oder zur Synthese der chemischen Elemente beitragen. Beobachtungen alter Sterne geben Hinweise auf weitere Prozesse!

3. Stellare Fusionsreaktionen Problem: Wirkungsquerschnitte von Fusionsreaktionen sind oft extrem klein! Rolfs & Rodney "Cauldrons in the Cosmos" Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

4. Ruhr-Universität Bochum - LUNA Arbeitsgruppe: Claus Rolfs Ort: Gran Sasso, Italien Ausstattung: Untergrundlabor mit zwei Beschleunigern LUNA1: 50 kV and LUNA2: 400 kV Forschungsziele: Messung sehr kleiner Wirkungsquerschnitte (pp-Kette und CNO-Zyklus) im astrophysikalisch relevanten Bereichs (Gamow Fenster). Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

5. Kunz et al. (01) Ec.m. (MeV) Ruhr-Universität Bochum Messung der Schlüsselreaktion 12C(a,g)16O Üblicherweise: Messung der g-Strahlung nach Fusion mit Ge-Detektoren In Bochum: Inverse Kinematik mit dem "Recoil"- Separator ERNA Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

6. Fusionsreaktionen bei kleinen Energien - Ausblick • Untergrundlabor im Salzstock • Höhere Strahlintensitäten durch neue • Beschleuniger (z.B. ECOS) • Hochstrom-Targets • Effizienter Nachweis der Reaktionsprodukte • (z.B. Recoil- Separator, effiziente Detektorarrays) • Indirekte Methoden (z.B. Coulomb-Aufbruch) Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

7. "electron screening" Problem: Wirkungsquerschnitt im Labor ≠ Wirkungsquerschnitt im Stern 3He(d,p)4He bare Korrektur für stellare Raten nötig! Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

8. TU Berlin Arbeitsgruppe: Konrad Czerski Ausstattung: Elektrostatischer Beschleuniger (Umax=180 kV) Forschungsziele: Deuterium induzierte Reaktionen bei niedrigen Energien (primordiale Nukleosynthese) Experimente zum "electron screening" Effekt in metallischen Umgebungen 6Li(d,)4He G. Ruprecht, K. Czerski, D. Bemmerer, M. Hoeft, P. Heide, Phys. Rev. C70 (2004) 02503 Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

9. p-Prozess s-Prozess rp-Prozess Protonenzahl r-Prozess Fusion bis zum Eisen Neutronenzahl s-Prozess Untersuchungen s-Prozess: AGB-Sterne

10. FZ Karlsruhe Arbeitsgruppe: Franz Käppeler Ausstattung: 3.7 MV Van de Graaff Beschleuniger, Neutronenproduktion über 7Li(p,n)7Be Forschungsziele: Messung von (n,g)-Querschnitten mit der Flugzeit- oder Aktivierungsmethode für den s-Prozess. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

11. collimated n-beam g g g g p-beam neutron target Pb sample FZ Karlsruhe Messungen mit der Flugzeitmethode (ToF): Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

12. FZ Karlsruhe Aktivierungsmethode: Simulation eines stellaren Neutronenspektrums mit Hilfe der 7Li(p,n)7Be Reaktion. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

13. (n,g) Z+1 A+1 Z+1 (b-) (b-) (n,g) (n,g) A-1 A A+1 s-Prozess - Ausblick Messung von (n,g)-Querschnitten radioaktiver Nuklide (kleine Probenmengen!) Messung von kleinen (n,g)-Querschnitten leichte Kerne Verzweigungspunkte im s-Prozesspfad ⇒ erfordert höhere Neutronenflüsse und die Herstellung radioaktiver Proben Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

14. J.W. Goethe Universität Frankfurt Die Frankfurter Neutronenquelle des Stern-Gerlach-Zentrums (FRANZ) Höchster Neutronenfluss in keV-Region weltweit! Aktivierungen: Protonenstrahl 30 mA, 1012 s-1 Neutronen ToF Messungen: Protonenstrahl 2 mA, 250 kHz, 4·107 s-1 cm-2 Neutronen Design by Prof. Ratzinger, Prof. Schempp, O. Meusel and P. C. Chau Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

15. TU München Arbeitsgruppe: Gunther Korschinek Ausstattung: 14 MV Tandem Beschleuniger Gas gefüllter Magnet für AMS Forschungsziele: Messung von langlebigen Radionukliden durch Beschleuniger-Massen-Spektrometrie. Sehr sensitive Methode: Isotopenverhältnisse bis 10-16 können gemessen werden. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

16. (182Hf, 244Pu...) (60Fe...) (10Be...) TU München Die Suche nach 60Fe in langsam wachsenden (2.5 mm pro 1 Million Jahre) Tiefsee-Sedimenten. Ergebnis: Supernova vor etwa 2.8 Millionen Jahren. Methode kann auch für Wirkungsquerschnittsmessungen eingesetzt werden (Bsp.:62Ni(n,g)63Ni). Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

17. p-Prozess s-Prozess rp-Prozess Protonenzahl r-Prozess Fusion bis zum Eisen Neutronenzahl p-Prozess Untersuchungen (g,n)-, (g,a)- und (g,p)- Reaktionen werden benötigt. Supernova

18. TU Darmstadt Arbeitsgruppe: Andreas Zilges Ausstattung: Superconducting DArmstadt LInear ACcelerator (S-DALINAC). Photonen bis zu Energien von 10 MeV werden durch Abbremsen des Elektronstrahls (2.5 - 120 MeV) produziert. Forschungsziele: Aktivierungsmessungen im Photonenstrahl für den p- und den s-Prozess. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

19. TU Darmstadt Photon Tagger System NEPTUN • Photonenenergie: 6 MeV ≤ Eg ≤ 20 MeV • Energieauflösung: DE = 25 keV @ 10 MeV • Intensität: 5·104 keV-1s-1 • Messung von (g,n), (g,p) und (g,a) Querschnitten für den p-Prozess Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

20. FZ Dresden-Rossendorf Arbeitsgruppe: Eckart Grosse Ausstattung: Elektronenbeschleuniger ELBE Forschungsziele: Photoaktivierungsmessungen für den p-Prozess Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

21. FZ Dresden-Rossendorf • Neutronenproduktion an ELBE • Neutronen werden durch (g,n) Reaktionen im Blei erzeugt • Entwicklung eines flüssigen Blei-Targets. • Neutronenergie: 50 keV – 10 MeV bei 0.5 MHz Wiederholfrequenz • (n,g)-Messungen für den s-Prozess Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

22. p-Prozess - Ausblick • (g,n)-Reaktionen mit virtuellen Photonen • (Messungen an Mo-Isotopen an der TU Darmstadt, • FZ Dresden-Rossendorf und GSI). • Untersuchungen von (p,g) und (a,g)-Reaktionen in inverser • Kinematik mit abgebremsten Strahlen im Speicherring. • Messung von (a,g)- und (a,a)-Querschnitte um OMP für • a-Potenziale zu verbessern. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

23. p-Prozess s-Prozess rp-Prozess Protonenzahl r-Prozess Fusion bis zum Eisen Neutronenzahl r- und rp-Prozess Untersuchungen Doppelsternsysteme Supernova

24. GSI Massenmessungen im ESR Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

25. b a a c GSI Coulomb-Aufbruch als indirekte Methode Solares Neutrino Problem: 7Be + p 8B + g Reaktion bestimmt Fluss an 8B-Neutrinos: 8B  2a + e+ +ne Messung der Umkehrreaktion 8B(g,p)7Be mit der Coulomb-Aufbruch Methode bei 200 A.MeV Gute Übereinstimmung mit direkten Messungen! N. Iwasa et al., Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 2910 F. Schümann et al. PRL 90 (2003) 232501 Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007

26. rp- und r-Prozess - Ausblick • Kernstrukturexperimente mit exotischen Strahlen (Massen, • Halbwertszeiten, Levels, Entwicklung magischer Zahlen ...) • Indirekte Methoden (Coulomb-Aufbruch, "Trojan-Horse"- • Methode ...) • FAIR: Produktion exotischer Kerne mit höherer Intensität, • zahlreiche Experimente mit astrophysikalischer Motivation. Michael Heil, KHuK Jahrestagung, 25./26.10.2007