Auf zur Insel der Stabilität

Vor 50 Jahren starb mit Lise Meitner eine der bedeutendsten Kernphysikerinnen. Anlass für eine Vorlesungsreihe über den aktuellen Stand der Atomforschung an der FU. – Die punktet mit anschaulichen Erklärungen, findet Marcel Jossifov.

Ein Detektor des GSI zur Untersuchung exotischer Kerne. Quelle: Wikimedia Commons

Sie sind superschwer und superspannend: Schwerionen. Die geladenen Stoffe mit besonders großer Masse kommen in der Natur fast gar nicht vor, aber ohne sie gäbe es weder Rauchmelder noch Minensucher. Christoph Düllmann von der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt weiß, wie man die wertvollen Elemente erzeugen kann, und hat es interessierten Zuhörern der Ringvorlesung im offenen Hörsaal verraten.

Doch was ist überhaupt ein Element? Elemente sind reine chemische Stoffe und bestehen aus Atomen. Im Periodensystem hat jedes dieser Elemente eine Ordnungszahl. Mit steigender Ordnungszahl nimmt das Atomgewicht immer weiter zu. Uran mit der Ordnungszahl 92 ist das schwerste in größeren Mengen vorkommende Element. Die darüber liegenden, noch schwereren Elemente werden von Forschern wie Christoph Düllmann künstlich erzeugt.

Eine geheimnisvolle Insel…

Den Anfang machten Lise Meitner und Otto Hahn in den 1930er Jahren in Berlin. Sie führten Experimente an Uran durch, um noch schwerere Elemente zu erzeugen. Meitners Forschungsarbeit wurde jäh unterbrochen, als sie 1938 aufgrund ihrer jüdischen Herkunft nach Schweden fliehen musste. Sie blieb jedoch mit Hahn in Briefkontakt und erfuhr kurz nach ihrer Flucht von seiner Entdeckung: Anstatt ein noch schwereres Element zu erzeugen, hatte Hahn das Uran gespalten. Meitner theoretisierte das Forschungsergebnis und leistete so einen wichtigen Beitrag zur Kernphysik. Die Atomspaltung war entdeckt.

Nach dieser Entdeckung gelang US-amerikanischen Forschern 1940 die Erzeugung von Neptunium (93), das schwerer als Uran (92) ist. In den Folgejahren wurden weitere Elemente entdeckt, die jedoch mit zunehmendem Gewicht immer instabiler wurden. Oft existieren sie nur für Millisekunden und sind nicht nutzbar. Modellrechnungen aus den 1960er Jahren ergaben, dass dieser Trend ungefähr bei Element 114 unterbrochen wird. Geht man im Periodensystem noch weiter, werden die Elemente hingegen wieder instabil. Die Zone um das Element 114 wird daher als „Insel der Stabilität“ bezeichnet und ist das Ziel der Schwerionenforschung.

…und ein hochmodernes Schiff

Christoph Düllmann hat modernstes Equipment zur Hand. Das Forschungszentrum in Darmstadt verfügt über einen Teilchenbeschleuniger, der den Beschuss eines Elements mit einem anderen Element ermöglicht. Treffen die Atome dann mittig aufeinander, kommt es zur Kernfusion und ein neues Element entsteht. Um das neue Element von den anderen Reaktionsprodukten trennen zu können, hat das GSI den Separator „SHIP“ gebaut. Mit ihm möchte man die Insel der Stabilität entdecken.

Tatsächlich wurden in Darmstadt bereits sechs Elemente entdeckt, so etwa das Meitnerium mit der Ordnungszahl 109, das durch die Verschmelzung von Eisen (26) und Bismut (83) erzeugt wurde. Das heißbegehrte Element 114 wurde in einem russischen Forschungszentrum erzeugt und Flerovium getauft, doch es entpuppte sich als instabil. Falls die Insel der Stabilität existiert, könnte das Darmstädter Schiff sie also doch noch erreichen.

Veranstaltungshinweis: Am 15. Februar zeigt das Portraittheater Wien im Henry-Ford-Bau ein Theaterstück über das Leben von Lise Meitner. Um Anmeldung wird gebeten.

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