Arbeitsgruppe Plunger

Wir sind eine Untergruppe der Gruppe Jolie, die sogenannte Plunger-Geräte zur Messung von Lebensdauern angeregter Kernzustände entwickelt und solche Lebensdauermessungen durchführt. Unsere Plunger kommen sowohl am Teilchenbeschleuniger der Uni Köln, wie auch in vielen anderen Instituten auf der Welt zum Einsatz. Da wir eine recht kleine Gruppe sind, ist die gruppeninterne Zusammenarbeit sehr eng und für die Betreuung von Studierenden wird sich viel Zeit genommen.

Die Plunger-Methode

Bei der Recoil Distance Doppler-shift Methode (auch RDDS oder Plunger-Methode) wird die Doppler-Verschiebung von Gamma-Strahlung ausgenutzt, um Lebensdauern von angeregten Kernzuständen zu messen. Doppler-Verschiebung von Wellen tritt dann auf, wenn der "Sender" sich relativ zum "Empfänger" bewegt. Ein Beispiel aus dem Alltag ist ein vorbeifahrender Krankenwagen, dessen Sirene einen höheren Ton hat während der Krankenwagen näher kommt, und einen tieferen Ton wenn der Krankenwagen sich wieder entfernt. Diese Änderung der Tonhöhe entspricht einer Änderung der Frequenz der Schallwelle. Da Gamma-Strahlung ebenfalls eine Welle ist, tritt dieser Effekt auch auf, wenn ein sich bewegender Atomkern Gamma-Strahlung bei einem Zerfall aussendet. Die Änderung der Frequenz der Gamma-Strahlung ist dabei abhängig von der Fluggeschwindigkeit des Kerns und kann von Gamma-Detektoren als Änderung der Energie der Strahlung wahrgenommen werden.
Ein Plunger besteht im Wesentlichen aus zwei Folien. Die erste Folie ist die Targetfolie. Diese wird mit einem Strahl von Atomkernen aus einem Teilchenbeschleuniger beschossen. Dabei entstehen in verschiedenen Reaktionen angeregte Atomkerne, die durch den Impuls des eintreffenden Strahls aus der Folie herausfliegen. Direkt hinter der Targetfolie befindet sich eine Stopperfolie, in der die Kerne wieder gestoppt werden. Nun kann der Zerfall eines angeregten Zustands - und damit das Aussenden der Gamma-Strahlung - entweder im Flug passieren oder nachdem der Kern in der Stopperfolie gestoppt wurde. Im ersten Fall ist die Gamma-Strahlung Doppler-verschoben aufgrund der Fluggeschwindigkeit des Kerns; Im zweiten Fall nicht, da der Kern sich nicht mehr bewegt. Dadurch kann man bestimmen, ob der Kern im Flug oder im Stopper zerfallen ist. Zusammen mit einer Information über die Flugzeit zwischen den beiden Folien, kann daraus die Lebensdauer des Zerfalls bestimmt werden.
Der Abstand zwischen den beiden Folien liegt üblicherweise im Bereich von 10-1000 Mikrometern. Dies erlaubt es Lebensdauern von wenigen Pikosekunden (ein Millionstel eines Millionstels einer Sekunde) zu messen.

Eine ausführliche Beschreibung der RDDS-Methode und von Plunger-Geräten finden Sie in diesem Paper.

Themenbereiche für Bachelor- und Masterarbeiten

• Auswertung von Lebensdauermessungen und theoretische Diskussion der Ergebnisse
• Entwicklung von Plunger-Geräten
• Entwicklung von Software zur Plunger-Steuerung sowie zur Datenauswertung

Bei Interesse melden Sie sich doch gerne bei uns!