Superschwere Elemente: Die Sektion SHE

Noch schwerere Elemente lassen sich künstlich herstellen – zum Teil in Kernreaktoren, zum Teil mit Beschleunigern. Am Helmholtz-Institut Mainz befasst sich die Sektion SHE (SuperHeavy Elements) mit diesen superschweren Elementen. Durch deren Analyse lassen sich sowohl die Modelle der Kernphysik als auch die Theorien der Chemie prüfen und verbessern.

Die HIM-Forscher erzeugen die superschweren Kerne an Beschleunigeranlagen wie dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Dort schießt ein Beschleuniger mittelschwere Ionen etwa aus Zink oder Calcium auf ein Target, das zum Beispiel aus Blei besteht. Manche der Projektilkerne treffen so auf einen Targetkern, dass beide miteinander zu einem superschweren Element verschmelzen. Dieses lässt sich mit dem Geschwindigkeitsfilter SHIP oder dem gasgefüllten Separator TASCA von anderen Teilchen trennen. Um die kurzlebigen Kerne untersuchen zu können, werden sie entweder direkt in einen geeigneten Detektor implantiert, der ihren radioaktiven Zerfall misst, oder müssen für weitere Untersuchungen abgebremst werden. Als „Bremse“ fungiert eine mit Helium oder Argon gefüllte Zelle. Danach kann man die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kerne unter die Lupe nehmen: Sie lassen sich beispielsweise in Fallen speichern, mit Lasern beleuchten oder auf ihr chemisches Bindungsverhalten an bestimmte Stoffe untersuchen.

Eigenschaften superschwerer Elemente

Ein weiterer Schwerpunkt der Sektion SHE ist die Untersuchung der chemischen Eigenschaften superschwere Elemente. Bei schweren Kernen beeinflusst die große Protonenzahl die Chemie eines Elements ganz maßgeblich. Der Grund: Die Elektronen auf den kernnahen Orbitalen der Atomhülle „spüren“ die überaus starke positive Ladung des protonenreichen Kerns und werden auf bis zu 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Details auf der Webseite des HIM.