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Kernphysik : Radonkerne auf der Waage

Das feinmechanische Äußere der Ionenfalle, mit einem Bierdeckel - dürfen wir einen Sponsor annehmen? - zum Größenvergleich Bild: Cern

Wissenschaftler am europäischen Forschungszentrum Cern haben eine Methode entwickelt, mit der sie die Masse von radioaktiven Atomkernen mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen können. Jetzt ist ihnen ein bislang unbekanntes Isotop des Edelgases Radon in die Fänge geraten.

          Die Masse eines Atomkerns zählt zu den elementarsten Größen der Physik. Einem Fingerabdruck gleich, verrät sie wichtige Informationen über den Aufbau, die Bindungsverhältnisse und die Struktur des Kerns. Obendrein liefern die Kernmassen Hinweise darüber, wie die chemischen Elemente im Inneren von Sternen entstehen. Besonderes Interesse schenkt man den instabilen radioaktiven Nukliden, die den Großteil der Atomkerne ausmachen. Allerdings zerfallen sie recht schnell, oft nach weniger als einer Sekunde.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Eine internationale Forschergruppe hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Massen dieser flüchtigen Nuklide möglichst präzise zu bestimmen. Bei ihren jüngsten Messungen haben sie die Massen von sieben neutronenreichen Isotopen des radioaktiven Edelgases Radon mit bisher unerreichter Genauigkeit ermittelt. Darunter befand sich auch das bislang unbekannte Isotop Radon-229.

          Der Atomkern des nun entdeckten Radionuklids besteht aus 86 Protonen sowie 143 Neutronen und lebt nur zwölf Sekunden lang. Er ist zudem das schwerste bislang bekannte Radonisotop. Dessen langlebigster Vertreter, Radon-222, hat im Vergleich eine Halbwertszeit von knapp vier Tagen.

          Im Ionenkäfig

          Die vermessenen Radionuklide wurden am europäischen Forschungszentrum Cern bei Genf durch den Beschuss einer Uranprobe mit energiereichen Protonen erzeugt. Anschließend führten die beteiligten Forscher, unter ihnen Physiker der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt, des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg und der Universität Greifswald, die Radonisotope als einfach geladene Ionen einer speziellen Waage zu.

          Deren zentrales Element ist ein Ionenkäfig, in dem einzelne geladene Teilchen mit magnetischen und elektrischen Feldern in der Schwebe gehalten werden. Zur Bestimmung von Kernmassen ermitteln die Forscher die sogenannte Zyklotronfrequenz. Diese gibt an, wie schnell die Ionen im Magnetfeld kreisen. Sie hängt direkt von der Masse der Teilchen ab. Auf diese Weise haben die Forscher die Massen der sieben Radonisotope mit einer Genauigkeit von wenigen Millionstel Prozent bestimmt ("Physical Review Letters", Bd. 102, Nr. 112501). Wollte man einen Menschen mit ähnlicher Präzision wiegen, müsste die Personenwaage bis auf Milligramm genau sein.

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