Massenbestimmung von Isotopen bei ISOLTRAP Von Florian Knittel.
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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
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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
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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
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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