Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen

2.3. Identifizierung von Teilchen in einem Flugzeitspektrometer
elektrischen Nettoladung nicht mehr aus und Vorgänge im Inneren der Kerne müssen
untersucht werden. Dabei tritt zusätzlich zur elektromagnetischen auch die starke
Wechselwirkung auf. Eine Kernreaktion, bei der das einfliegende Projektil a auf einen
Kern A trifft, diesen dabei in einen oder mehrere Produkte B i umwandelt und selbst
zu einem oder mehreren Ejektilen b i wird, kann man als
A + a → ∑ i
B i + b i (2.12)
bezeichnen, üblicher ist jedoch die Notation A(a, b i )B i . Man unterteilt dabei die
Reaktion anhand des zugrunde liegenden Prozesses in direkte und indirekte Prozesse.
Bei den direkten Prozessen sind nur das Projektil selbst oder eines seiner Nukleonen
und ein Nukleon des Targets beteiligt oder es werden Resonanzen des Kerns im
Ganzen angeregt. In beiden Fällen verlassen die Ejektile den Kern nach einer Zeit
in der Größenordnung von 1 × 10 −22 s, sodass sich die Reaktion auf der Gleichen
Zeitskala abspielt wie der Durchflug eines Neutrons. Bei den indirekten Prozessen
reicht die auf ein Nukleon des Targets übertragene Energie nicht aus, um direkt
zur Emission eines neuen Teilchens zu führen, sodass der Kern erst über mehrere
Schritte in eine Form umgewandelt wird, die schließlich die Abgabe eines Teilchens
ermöglicht. Zwischenzeitlich wird der Kern als Compound-Kern bezeichnet. Diese
Prozesse spielen sich auf einer Zeitskala von bis zu 1 × 10 −16 s ab, sodass sie prinzipiell
gut von den direkten Prozessen zu unterscheiden sind. Es kann bereits vor dem Zerfall
des Compound-Kerns zur Emission eines Teilchen kommen, wenn zum Beispiel das
Projektil den Kern anregt und sofort wieder verlässt. Der eigentliche Compound-
Zerfall ereignet sich dann erst später. Der Wirkungsquerschnitt
σ =
N einfallendeTeilchen
N Reaktionen · Fläche
(2.13)
lässt sich nun für jede Reaktion abhängig von Winkel, Energie und Teilchensorte
messen, um die Kernreaktionen eindeutig zu beschreiben [26].
2.3. Identifizierung von Teilchen in einem Flugzeitspektrometer
Atomkerne können anhand ihrer Massenzahl A und ihrer Ordnungszahl Z eindeutig
identifiziert werden. Um diese zu ermitteln können der Energieverlust dE
dx
(A, E, Z)
und die Geschwindigkeit v (A, E) verwendet werden. Zusätzlich benötigt man die
kinetische Energie E, um aus diesen drei Information auf A und Z schließen zu
können. Dies ist nur dann praktisch möglich, wenn die Geschwindigkeit deutlich
kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, sodass v ausreichend mit E variiert.
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