Neues Laserverfahren liefert Einblicke in radioaktive Atomkerne
Optischer parametrischer Oszillator zur Spektroskopie von Aktiniden von einer Doktorandin im Rahmen einer Kooperation zwischen Uni Göteborg und Hübner Photonics eingesetzt.
Indem sie Laserlichtimpulse auf Atome richten, können Forscher innerhalb von Sekunden untersuchen, wie radioaktive Elemente zerfallen. Die Methode wird in einer neuen Dissertation der Universität Göteborg beschrieben, die zeigt, dass die Atomkerne der Elemente Neptunium und Fermium die Form von Rugbybällen haben. Aktiniden weisen eine hohe Dichte auf, sind radioaktiv, und einige von ihnen existieren nur wenige Sekunden lang, bevor sie zerfallen. Nur vier der vierzehn Elemente dieser Gruppe kommen auf der Erde natürlich vor. Die übrigen lassen sich in Beschleunigern erzeugen, allerdings nur in sehr geringen Mengen. Uran ist das bekannteste Aktinid, doch eine neue Doktorarbeit befasst sich mit Neptunium und Fermium.
„Diese Elemente sind schwer zu untersuchen, da sie instabil sind und jeweils nur in extrem geringen Mengen und für einen sehr kurzen Zeitraum existieren. Gleichzeitig könnten sie für uns von großem Nutzen sein. Deshalb ist es wichtig, mehr über die Atomkerne der Aktiniden und ihre Eigenschaften herauszufinden“, sagt Mitzi Urquiza, Doktorandin am Institut für Physik der Universität Göteborg im Rahmen eines Kooperationsprogramms mit Hübner Photonics.
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Zu diesem Zweck hat ein von der EU finanziertes Netzwerk fünfzehn Forschende aus verschiedenen Universitäten, Instituten und der Industrie zusammengebracht. Sie haben eine neue Analysemethode unter Verwendung eines gepulsten Lasers entwickelt, der auf einem optischen parametrischen Oszillator (OPO) basiert. Diese Technik ermöglicht Wellenlängen, die herkömmliche Lasersysteme nur schwer mit ausreichend hoher Intensität und kleiner Bandbreite erzeugen können.
Die Laserimpulse werden auf die Atome gerichtet und zeigen dabei kleine Energieänderungen in den Wellenlängen, die absorbiert werden. Diese Veränderungen liefern den Forschern Informationen über die Größe und Form der Atomkerne, was für das Verständnis ihrer Eigenschaften von entscheidender Bedeutung ist.
„Dank unserer neuen Methode ist es mir gelungen, die erste hochwertige Beschreibung der Atomkerne von Fermium und Neptunium zu erstellen. Ihre Kerne haben die Form von Rugbybällen. Die Messungen mussten an mehreren verschiedenen Einrichtungen in Europa durchgeführt werden, von denen jede über die für die Untersuchung erforderlichen speziellen Geräte verfügte“, sagt Urquiza.
Die Ergebnisse der Studie können dazu dienen, theoretische Modelle von Atomen und Atomkernen zu verfeinern, wodurch es in künftigen Experimenten einfacher wird, neue mögliche Elemente und Isotope zu identifizieren. Neptunium ist Teil des Kernbrennstoffkreislaufs, und langfristig könnte ein besseres Verständnis dieses Elements dazu beitragen, Fortschritte bei der Reduzierung von Atommüll zu erzielen, aber auch bei der Herstellung von Radioisotopen, die in der Krebsbehandlung zum Einsatz kommen. [Göteborgs U / dre]
Weitere Informationen
- Originalveröffentlichungen
M. V. Urquiza González, Optical Parametric Oscillators for Spectroscopy of Actinides, Göteborgs universitet, 19. Januar 2026; ISBN 978-91-8115-575-4 (Print), 978-91-8115-576-1 (PDF)
M. Kaja, M., Urquiza-González, F. Berg, et al., High-resolution laser spectroscopy on the hyperfine structure and isotope shift of Np, Eur. Phys. J. A 60, 140, 1. Juli 2024; DOI: 10.1140/epja/s10050-024-01362-y
M. Urquiza-González et al., Benchmark evaluation for a single frequency continuous wave OPO seeded pulsed dye amplifier for high-resolution laser spectroscopy, SPIE LASE 2023 Conference Proceedings 12399, DOI: 10.1117/12.2646665 - Laser Spectroscopy Research group (Dag Hanstorp), Department of Physics, University of Gothenburg
- LARISSA Group (Klaus Wendt), Fachbereich Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Anbieter
HÜBNER Photonics GmbHWilhelmine-Reichard Strasse 6
34123 Kassel
Deutschland
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