Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz sind federführend beteiligt
25.06.2010
Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, erstmals am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt das chemische Element 114 nachzuweisen. Es ist eines der schwersten Elemente überhaupt. Seine Erzeugung ist nur mit großem Aufwand an Teilchenbeschleunigern möglich und gelang bisher weltweit nur an zwei anderen Forschungszentren - in Russland und in den USA. Für den Nachweis des kurzlebigen Elements 114 haben die Wissenschaftler den neuen, komplexen Messaufbau TASCA, kurz für TransActinide Separator and Chemistry Apparatus, eingesetzt, der in den letzten Jahren entwickelt wurde. Ziel ist es nun, mit der neuen Messapparatur zu noch schwereren Elementen vorzudringen und vielleicht sogar neue Elemente jenseits von Element 118 zu entdecken.
Mit dem Messaufbau TASCA ist es Wissenschaftlern um Christoph Düllmann gelungen, in einem vierwöchigen Experiment 13 Atome des Elements 114 nachzuweisen. Obwohl dies nur wenige Atome sind, ist das die höchste jemals gemessene Produktionsrate für Element 114. Dies wird in Zukunft weitreichende chemische, atom- und kernphysikalische Messungen an superschweren Elementen erst ermöglichen. In ihrem Experiment konnten sie zwei verschiedene Isotope des Elements 114 mit den Massenzahlen 288 und 289 identifizieren. Die gemessenen Halbwertszeiten liegen im Bereich von einer Sekunde.
"TASCA hat weltweit die höchste Effizienz zum Nachweis superschwerer Elemente an Beschleunigeranlagen. Dies ist die entscheidende Grundlage für zukünftige Experimente, in denen wir superschwere Elemente im Bereich von Element 114 auch chemisch untersuchen werden, um sie an die richtige Stelle im Periodensystem einordnen zu können", so Prof. Dr. Christoph Düllmann, Leiter der Kollaboration beim GSI Helmholtzzentrum. Seit dem 11. Februar 2010 besetzt Düllmann eine gemeinsame Professur für Kernchemie im Forschungsschwerpunkt "Chemie der Schwersten Elemente" der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und des GSI. Dort ist er der designierte Leiter der Forschungsabteilung Kernchemie. Außerdem ist er im Leitungsgremium des neu gegründeten Helmholtz-Instituts Mainz vertreten, in dem GSI und Universität Mainz zur Erforschung von Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie kooperieren.
In ihren Experimenten schossen die Wissenschaftler mithilfe des 120 Meter langen GSI-Teilchenbeschleunigers geladene Calcium-Atome, also Calcium-Ionen, auf eine mit Plutonium beschichtete Folie. Durch Kernfusion verschmolzen die beiden Atomkerne der beiden Elemente Calcium und Plutonium zu einem Atomkern des neuen Elements. Es besitzt die Kernladungszahl 114, daher der vorläufige Name "Element 114". Die Zahl ergibt sich aus der Summe der Kernladungszahlen der beiden Ausgangselemente: Calcium mit 20 und Plutonium mit 94.
Im gasgefüllten Separator TASCA wurden die mit dem Beschleuniger erzeugten Atome sehr selektiv von anderen Reaktionsprodukten abgetrennt und in einen speziellen Halbleiterdetektor implantiert. Anschließend wurden die Atome des Elements 114 identifiziert, indem die beim Zerfall ausgesandte Strahlung mit diesem Detektor gemessen wurde.
Das vor 10 Jahren erstmals im Kernforschungszentrum in Dubna, Russland, nachgewiesene Element 114 wurde bisher noch nicht offiziell von der dafür zuständigen Kommission der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) anerkannt. Die Ergebnisse von GSI, Darmstadt, und aus Berkeley, USA, wo fast zeitgleich zwei Atome des Elements 114 nachgewiesen wurden, bestätigen nun im Wesentlichen die Ergebnisse aus Dubna. Erst vor Kurzem hatte die IUPAC das letzte bei GSI entdeckte Element 112 offiziell als das bisher schwerste Element anerkannt. Noch unbestätigt sind Experimente aus Russland zur Erzeugung der Elemente bis hin zu 118.
Am Experiment zur Erzeugung von Element 114 mit TASCA bei GSI waren Wissenschaftler von GSI, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Technischen Universität München federführend. Beteiligt waren weiterhin Wissenschaftler aus den USA, Finnland, Indien, Großbritannien, Schweden, Norwegen und Polen.