Erzeugung neuer Elemente – die Idee
Um ein neues Element zu erzeugen werden zwei Elemente verwendet, die auf der Erde natürlicherweise vorkommen. Diese beiden Atomkerne werden zu einem neuen, viel größeren und schwereren Atomkern verschmolzen. Das neue Element ergibt sich aus der Summe der beiden Ausgangselemente. Das Element 110 (Darmstadtium) wurde zum Beispiel durch die Verschmelzung von Nickel (Element 28) und Blei (Element 82) erzeugt (28+82=110).
Die Erzeugung
Bei GSI werden elektrisch geladene Atome, sogenannte Ionen, eines Ausgangselements mit einem 120 Meter langen Beschleuniger auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Diese werden mit etwa 30.000 Kilometer pro Sekunde auf das andere Ausgangselement geschossen. Durch die hohe Geschwindigkeit wird die enorme Abstoßung der beiden Atomkerne überwunden und sie können zu einem neuen Element verschmelzen.
Filter/Separation
Nach der Erzeugung wird bewiesen, dass tatsächlich ein neues Element hergestellt wurden. Zunächst fliegt das neue Element mit vielen anderen Reaktionsprodukten aus der Reaktionszone heraus. Mit verschiedenen Methoden lässt sich das neue Element herausfiltern (separieren). Erst danach erfolgt der Nachweis.
Der Nachweis
Um zu beweisen, dass tatsächlich ein neues Element hergestellt wurde, wird die Tatsache genutzt, dass das neue Element nicht stabil ist. Es zerfällt nach Bruchteilen von Sekunden in ein anderes, leichteres Element. Dabei sendet es ein Alpha-Teilchen aus. Dieser Vorgang kann sich einige Male wiederholen. Es entsteht eine sogenannte Zerfallskette. Durch das Messen der Alpha-Teilchen der Zerfallskette wird das neue Element eindeutig nachgewiesen.
Experimentaufbauten bei GSI
Bei GSI werden zwei Experimentaufbauten zur Erforschung neuer Elemente genutzt, die sich gegenseitig ergänzen.
SHIP (Separator for Heavy Ion reaction Products)
Entdeckung der Elemente 107–112 / Erzeugung von Element 116
in Betrieb seit 1976
SHIP ist ein sogenanntes Geschwindigkeitsfilter. Mit einer Kombination von sehr starken elektrischen und magnetischen Feldern trennt es die durchs Vakuum fliegenden, elektrisch geladenen Reaktionsprodukte aufgrund ihrer unterschiedlichen Geschwindigkeit. Nach der Trennung wird das neue Element in einem Halbleiter-Detektor aus Silizium gestoppt und durch die Messung seiner Alpha-Strahlung identifiziert.
TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus)
Nachweis der Elemente 113–115, 117
in Betrieb seit 2006
TASCA ist ein sogenannter gasgefüllter Separator. Die Reaktionsprodukte fliegen durch ein stark verdünntes Gas. Das Gas bewirkt unter anderem, dass die unterschiedlichen Reaktionsprodukte jedes für sich in einen einheitlichen Ladungszustand gebracht werden. Das führt dazu, dass so viele Atome des Elements wie möglich auf einer einheitlichen Flugbahn durch ein Magnetfeld fliegen. Die Flugbahnen anderer Reaktionsprodukte verlaufen anders, sodass sie räumlich abgetrennt werden. Das Element wird am Ende des Separators in einem Halbleiter-Detektor aus Silizium gestoppt und durch die Messung seiner Alpha-Strahlung identifiziert. Mit weiteren Detektoren können an TASCA auch chemische Eigenschaften neuer Elemente untersucht werden.
