02.11.2020

Actinide im Fokus

Europäisches Promotionsnetzwerk widmet sich den schweren Elementen.

Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwer­ionen­forschung (GSI) engagieren sich in der Ausbildung junger Doktoranden auf dem Gebiet der Kern­chemie und Kern­physik im Rahmen eines EU-geförderten inter­nationalen Netz­werks. Dessen Ziel ist es, die Struktur der Actiniden – kurzlebige, schwere Elemente am Ende des Perioden­systems – zu entschlüsseln und damit die Voraussetzung für ihre Nutzung in der medizinischen Physik, für nukleare Anwendungen und die Umwelt­überwachung vorzubereiten. Das Konsortium besteht aus weltweit führenden Experten aus der fundamentalen Atom- und Kern­physik sowie der Kern­chemie. Die EU unterstützt das Projekt „Laser Ionization and Spectroscopy of Actinide Elements“, kurz LISA, während vier Jahren mit insgesamt vier Millionen Euro. 
 

Abb.: Jessica Warbinek (r.) gemeinsam mit ihrem wissenschaftlichen Betreuer...
Abb.: Jessica Warbinek (r.) gemeinsam mit ihrem wissenschaftlichen Betreuer Michael Block (l.) bei der Optimierung einer Vakuum­kammer. (Bild: J. Leroudier, GSI)

Die Koordination von LISA hat das Forschungszentrum CERN bei Genf inne. Vonseiten der JGU sind Christoph Düllmann und Klaus Wendt beteiligt sowie über das GSI Helmholtz­zentrum Michael Block. „Von den 15 Early Stage Researchers werden voraussichtlich sechs an der Universität Mainz promovieren. Damit wird die JGU einen bedeutenden Standort innerhalb von LISA darstellen“, erwartet Klaus Wendt. „Dank der hoch­konstruktiven Zusammen­arbeit im Bereich der Actiniden­forschung zwischen der Kernchemie, der Physik und dem Helmholtz-Institut Mainz erwarten wir auch entsprechende, überzeugende Resultate.“ Wendt selbst wird drei Doktorandinnen anleiten. Es ist bereits sein zweites EU-Trainings­netzwerk, an dem er beteiligt ist.

An dem Innovativen Trainingsnetzwerk sind außer den Universitäten in Mainz, Göteborg, Hannover, Jena und Leuven in Belgien auch Groß­forschungs­einrichtungen wie das CERN, das GSI Helmholtz­zentrum für Schwer­ionen­forschung, der Schwer­ionen­beschleuniger Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL) in Frankreich und die Beschleuniger­anlage im finnischen Jyväskylä beteiligt. Dazu kommen zwei Industrie­partner in Kassel und Glasgow. Zwölf weitere Partner­organisationen von Kanada bis Japan können die Doktoranden zum wissenschaftlichen Austausch besuchen. 

In der Arbeitsgruppe von Christoph Düllmann im Department Chemie werden exotische Actinidenisotope, die langlebig genug und in dafür ausreichenden Mengen verfügbar sind, zunächst chemisch aufgereinigt. „Wir entwickeln Techniken, um sie dann in eine perfekte, für die vorgesehenen Experimente innerhalb des LISA-Netzwerks in Jyväskylä und an GANIL, aber auch in Mainz und der GSI optimierte Form zu bringen“, erklärt Düllmann, Leiter der Gruppe „Superschwere Elemente Chemie“ an der JGU, GSI und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM). 

Am GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt untersucht die Arbeitsgruppe von Michael Block mittels Laserspektroskopie die schwersten Actiniden. Diese können nur künstlich hergestellt werden und sind meist kurzlebig. Mithilfe von Lasern wird die optische Anregung von Energie­niveaus in der Atomhülle detailliert vermessen, um ihre atomaren und nuklearen Eigenschaften zu bestimmen. „Das ITN bietet für die Doktoranden ein optimales Forschungs­umfeld, um die exotischen Actiniden systematisch und umfänglich zu erforschen“, sagt Michael Block, in dessen Arbeitsgruppe bei GSI im Sommer die erste Doktorandin ihre Arbeit aufgenommen hat. 

Uran und Plutonium sind vermutlich die bekanntesten Actinide, aber auch Curium, Einsteinium, Fermium und Mendelevium gehören beispielsweise in diese Gruppe radioaktiver Elemente. Sie sind meistens äußerst instabil und können bislang nur synthetisch in Teilchen­beschleunigern erzeugt werden. Aufgrund ihrer kurzlebigen Natur geben sie der Wissenschaft noch immer große Rätsel auf. Ihre Erforschung soll daher unser Verständnis der atomaren und nuklearen Eigenschaften verbessern. Im Rahmen von LISA ist darauf aufbauend die Entwicklung neuartiger Laser­technologien vorgesehen, mit denen Actinide zur Entwicklung neuer Anwendungen erzeugt und untersucht werden können. Es wird erwartet, dass LISA eine kohärente und symbiotische Zusammen­arbeit der Beteiligten ermöglicht und die Arbeits­beziehungen auch noch nach Projektende fortdauern. 

Zunächst hat sich allerdings der Arbeitsbeginn der ausländischen Doktoranden aufgrund der Corona-Krise verzögert. Die wissenschaftlichen Betreuer rechnen damit, dass eine Doktorandin aus Polen und eine weitere Doktorandin aus Mexiko sowie Kandidatinnen aus Kanada, England und den USA, die in Mainz betreut werden, nun aber im Herbst starten können. Für alle 15 Promovierende und weitere Gäste plant das Team zurzeit ein akademisches Training, das im Herbst 2021 in Mainz stattfinden soll. 

JGU / DE
 

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