projecten

@ faculteit wetenschappen
In dit project zal je de magnetische eigenschappen
van enkele nanostructuren bestuderen met behulp
van synchrotronstraling. De nanostructuren zijn
opgebouwd uit ijzer- en chroomlaagjes met een
dikte van enkele nanometer en worden gegroeid in het
IMBL (Ionen en Moleculaire Bundel Laboratorium) in Leuven. Alle
ijzerlaagjes bestaan uit 56Fe, behalve het laagje dat we willen
onderzoeken. Het te onderzoeken laagje bestaat uit 57Fe. De
magnetische eigenschappen van dit laagje kunnen we selectief
onderzoeken met synchrotronstraling.
Om de synchrotronstraling te
genereren, laten we elektronen heel
snel bewegen tussen een rij magneetjes.
Op die manier wordt een heel dunne,
intense X-straal geproduceerd (een
biljoen keer helderder dan de X-stralen
die gebruikt worden om röntgenfoto’s
te maken van een gebroken been!).
De snelle geladen deeltjes worden
verkregen met behulp van een
versneller en worden daarna bewaard
in een opslagring. De experimenten
worden uitgevoerd aan de versneller
van het ESRF "European Synchrotron
Radiation Facility" te Grenoble,
Frankrijk.
In dit project zal je meewerken aan de ontwikkeling
van de WITCH-opstelling (Weak Interaction Trap
for CHarged particles). Het doel van deze opstelling
is de studie van de zwakke interactie, één van de
vier fundamentele natuurkrachten. De zwakke interactie is
verantwoordelijk voor nucleair ß-verval. Hierbij wordt een onstabiele
moederkern omgezet in een dochterkern met uitzending van twee
leptonen: het ß -deeltje en het neutrino. Het onderliggende mechanisme
van de zwakke interactie wordt weerspiegeld in de uitzendrichtingen van
de twee deeltjes t.o.v. elkaar.
@ faculteit wetenschappen
Het neutrino is echter heel moeilijk waarneembaar.
Daarom wordt de beweging van de dochterkern
bestudeerd. Net als een kanon dat een kogel afvuurt,
ondervindt de atoomkern in nucleair ß-verval een
terugstoot. Door een meting van de terugstootenergie
van heel veel dochterkernen, kan het mechanisme
van de zwakke interactie bestudeerd worden.
Een dergelijk experiment blijft een grote uitdaging.
De dochterkernen worden immers gemakkelijk
verstrooid in het materiaal waarin de radioactieve
bron wordt opgeslagen. Met de WITCH-opstelling
wordt dit probleem vermeden door gebruik
te maken van een ionenval. Met behulp van
elektromagnetische velden kunnen geladen
deeltjes in de ionenval ‘zwevend’ gevangen worden in een
vacuümomgeving. Hierdoor wordt een bijna vertrooiingsvrije
energiemeting van de dochterkern mogelijk.
In dit project zal je de magnetische en elektrische
eigenschappen van ‘exotische’ kernen bestuderen, door
na te gaan hoe hun radioactief verval verandert als ze
onderworpen worden aan interacties met elektromagnetische
velden. Via deze eigenschappen wil de kernfysicus inzicht
verwerven in de structuur van de atoomkern. Vooral
‘exotische’ kernen – dit zijn kernen die slechts een fractie van een seconde
bestaan en een zeer ongewone verhouding van protonen en neutronen
bevatten – spreken tot onze verbeelding.
De exotische kernen worden geproduceerd aan grote deeltjesversnellers.
Gezien ze als gevolg van hun radioactief verval in een fractie van een
seconde verdwenen zijn, moeten we ze ter plaatse bestuderen. Dit
gebeurt onder andere aan de versnellers van ISOLDE-CERN (Genève,
Zwitserland), GANIL (Caen, Frankrijk), GSI (Darmstadt, Duitsland).
@ faculteit wetenschappen
De elektromagnetische eigenschappen van exotische kernen besturen we
met een techniek die ook gebruikt wordt in de medische wereld, namelijk
NMR (ook gekend als MRI – Magnetic Resonance Imaging). Het grote
verschil is dat bij de medische beeldvorming geen radioactieve deeltjes
gebruikt worden. Men observeert ‘stabiele’ atoomkernen in ons lichaam,
door ons in een circuit van radiofrequente magneetvelden te plaatsen.
Op die manier kan men een ‘foto’ van onze
hersenen maken bijvoorbeeld.
Bij het onderzoek naar de eigenschappen
van exotische kernen, ‘zien’ wij de
radioactieve kern door zijn - of -verval.
Door dit verval te verstoren met radiofrequente magneetvelden, maken we
een soort ‘foto’ van de kern.
In dit project zal je onderzoeken hoe een atoomkern zich
als een magneetje gedraagt. Door te meten hoe
sterk het magnetisch veld van een atoomkern is, kunnen we
iets zeggen over hoe die kern ineen zit (m.a.w. hoe de
protonen en neutronen samen een atoomkern vormen).
Vooral ‘exotische’ kernen – dit zijn kernen die slechts een fractie van een
seconde bestaan en een zeer ongewone verhouding van protonen en
neutronen bevatten – spreken tot onze verbeelding. Net omdat ze hier op
aarde niet aanwezig zijn, weten we bitter weinig over deze exotische
kernen. Hun eigenschappen zijn echter cruciaal om o.a. de evoluties in
ons heelal (kernreacties in sterren) te doorgronden. En natuurlijk ook om
te weten wat de ‘grenzen’ van ons bestaan zijn.
@ faculteit wetenschappen
De exotische kernen worden geproduceerd aan grote deeltjesversnellers.
Gezien ze in een fractie van een seconde verdwenen zijn, als gevolg van
hun radioactief verval, moeten we ze ter plaatse bestuderen. Dit gebeurt
onder andere aan de versneller van GSI (Darmstadt, Duitsland).
Bij het onderzoek naar de magnetische
eigenschappen van exotische kernen,
‘kijken’ we naar de radioactieve kern
via zijn - of -verval. Daarom vangen we
de kern in een kristal. Dat kristal staat in
een magnetisch veld. Hierdoor zal het
radioactief verval verstoord worden.
Dat meten we op, en daaruit leren we iets
over de sterkte van de magnetische
dipool in de atoomkern.
In dit project staat het onderzoek naar de structuur
van de atoomkern centraal. Hierdoor kan waardevol
inzicht verworven worden in de sterke interactie,
één van de vier fundamentele krachten in de natuur.
Vooral de exotische kernen vormen vandaag de dag een interessant
onderzoekstopic. Deze kernen hebben een zeer korte levensduur en
moeten bijgevolg aangemaakt worden in een laboratorium. Dit gebeurt in
de experimentele opstelling van CERN (Zwitserland) of Louvain-laNeuve (België).
Door de pas geproduceerde exotische kern te laten reageren met een
reeds gekende en goed bestudeerde kern, kan uit deze interactie nuttige
informatie worden gehaald. Dit kan gedaan worden door bijvoorbeeld de
te onderzoeken kern af te schieten op een stabiel doelwit.
@ faculteit wetenschappen
De bedoeling is als het ware om bepaalde eigenschappen van de
exotische kern te visualiseren. Maar hoe neem je een foto van iets dat een
biljardste (!) is van een meter?
Het ‘zien’ van de gammastraling die
bij een botsing tussen de kernen wordt
uitgezonden is van cruciaal belang en
hiervoor wordt de Miniball-detector
gebruikt. Verschillende onderdelen
van deze Germaniumdetector worden
opgesteld rond de kamer waar de
botsing tussen de kernen plaatsvindt.
In dit project bestudeer je de structuur van ‘exotische’
kernen door middel van -vervalexperimenten. Meer
precies kan je de energieën van de kern in verschillende
toestanden bepalen en de overgangs-waarschijnlijkheid
tussen deze toestanden. Dit leert ons meer over hoe
protonen en neutronen onderling precies interageren.
@ faculteit wetenschappen
De experimentele uitdaging is om de ‘exotische’ kernen in eerste instantie
te produceren aan een deeltjesversneller en in tweede instantie ze te
detecteren. De eerste stap gebeurt aan de LISOL-faciliteit (Leuven Isotope
Separator On-Line) te Louvain-La-Neuve. Tijdens het productieproces
wordt niet alleen het ‘exotische’ isotoop waarin men geïnteresseerd is
aangemaakt, maar ook andere isotopen met een waarschijnlijkheid die
grootteordes hoger is. De kracht van LISOL is daarom de selectieve laserionenbron: door het gebruik van twee lasers kan enkel het gewenste
element geselecteerd worden. In combinatie met de massaseparator, kan
dan enkel het specifieke isotoop geselecteerd worden.
Eenmaal het gewenste isotoop geproduceerd
en geselecteerd is, wil men het - en
daaropvolgend -verval detecteren. Omdat de
productie van deze ‘exotische’ kernen laag is,
moet de detectie enerzijds zeer efficiënt zijn en
anderzijds zeer gevoelig zijn voor uitsluitend
de activiteit van het verval van het
geselecteerde isotoop. Om die reden bestaat de
detectie-opstelling uit twee gesegmenteerde
MINIBALL Ge-detectoren. Met de kennis van
de geobserveerde -overgangen kan men de
beoogde kernstructuur bepalen.