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Forschung

Im Mittelpunkt der Forschungsprojekte steht die Untersuchung unserer Welt mittels der "Isotopensprache", wobei langlebige Radioisotope sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs verwendet werden. Wir führen grundlegende Physikexperimente ebenso durch wie eine Vielzahl interdisziplinärer Forschungsprogramme. Forschung an VERA trägt zum Fakultätsschwerpunkt "Physik und Umwelt" bei. Ein weiterer Beitrag zu diesem Schwerpunkt sind Forschungsprogramme zur natürlichen Radioaktivität. Untersuchungen von Kernreaktionen werden in internationaler Zusammenarbeit an Forschungszentren wie dem CERN in Genf (Schweiz) oder dem Institut für Referenzmaterialien und Referenzmessungen der Europäischen Kommission in Geel, Belgien, durchgeführt.

Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS)

VERA Beschleuniger
VERA Beschleuniger

Ausgewogenheit zwischen technischen Entwicklungen und anspruchsvollen Anwendungen ist bei VERA sehr wichtig. Die Anwendungen reichen in viele Bereiche unserer Umwelt, von der Archäologie zur Klimaforschung. Besonderes Gewicht wird auf AMS-Anwendungen innerhalb der Physik gelegt, d.h. Astrophysik, Kernphysik, atomare und molekulare Physik. Ein Schwerpunkt unserer technischen Entwicklungen ist die Erweiterung der Grenzen der AMS Methode, z.B. der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Probengröße für das wichtigste AMS-Isotop 14C. Ein weiterer Akzent liegt auf der Detektion der schwersten Radioisotope (236U, 244Pu). Wir arbeiten daran, Beschleuniger-Massenspektrometrie von Radioisotopen im gesamten Bereich der Nuklidkarte zu ermöglichen.

14C Datierungen

Die wahrscheinlich am besten bekannte und wichtigste Anwendung von AMS sind Datierungen nach der 14C Methode. In unserem Forschungsprogramm spielt daher die 14C Methode eine wichtige Rolle. Zusammen mit Partnern aus den verschiedensten Wissenschaftsdisziplinen werden mehrere formelle und informelle Forschungsprojekte bearbeitet. Erwähnenswert ist der 2011 beendete Spezialforschungsbereich SCIEM2000 (“The Synchronisation of Civilisations in the Eastern Mediterranean in the Second Millennium BC”) des Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF).

Eine hier entwickelte Methode zur 14C Datierung von DNA (14C, das durch Kernwaffentests in den 1950er und frühen 1960er Jahren erzeugt wurde) mit Kohlenstoffproben von einigen μg wird jetzt auch zur Untersuchung von Erd- und Umweltwissenschaftlichen Fragen angewendet.

AMS Anwendungen von 10Be und 26Al

Um die gegenwärtige Methode zur Bestimmung des 26Al/10Be-Verhältnisses in Proben von Eisbohrkernen aus der Antarktis zu verbessern untersuchen wir Möglichkeiten zur Erhöhung der Gesamt-Nachweiswahrscheinlichkeit von 26Al in diesen Proben. Das 26Al/10Be-Verhältnis dient als "kosmogene Uhr" zur Datierung von altem (0,5 bis 5 Millionen Jahren) Eis aus der Antarktis

Eine neue Anwendung des Isotops 10Be sind Untersuchungen des Bosumtwi Meteoritenkraters in Ghana.

Bestimmung von anthropogenem 236U und Pu

VERA ist führend bei der Messung von natürlich vorkommenden und anthropogenen Aktiniden wie  236U und 239-244Pu. Wasser- und Sedimentproben sowohl aus der Irischen See (belastet durch die Wiederaufbereitungsanlage Sellafield) als auch von Entnahmeorten unbeeinflusst von möglichen lokalen Kontaminationen wurden gemessen um die Beiträge des globalen Fallouts durch Kernwaffentests und Freisetzungen durch Unfälle zu untersuchen.

Ein Ziel ist die Etablierung von 236U als "Tracer" für ozeanographische Untersuchungen. 236U ist eines der am weitesten verbreiteten anthropogenen Radioisotope, aber erst die neuesten Entwicklungen in der Beschleuniger-Massenspektrometrie, zu denen VERA beitrug, erlauben seinen Nachweis mit der nötigen Genauigkeit.

Weiterentwicklung der AMS Methode

Ein wichtiges Forschungsgebiet bei VERA ist die Ausweitung der AMS Methode auf Isotope, die bisher schwierig oder überhaupt nicht damit zu messen waren. Die Anwendung von Laserdetachment-Methoden auf molekulare Anionen, die bei AMS Messungen einiger interessanter Isotope z.B. 182Hf von Bedeutung sind, werden untersucht.

Neutroneninduzierte Kernreaktionen

Messungen von Reaktionsquerschnitten an der n_TOF Anlage am CERN

n_TOF Detektorstation
n_TOF Detektorstation

Wir sind Teilnehmer an der n_TOF (neutron time-of-flight, Neutronen-Flugzeit) Kollaboration am Europäischen Labor für Teilchenphysik (CERN). An dieser Anlage werden Neutron-Einfangquerschnitte, die für die Synthese chemischer   Elemente in Sternen und Supernovae von Bedeutung sind, gemessen. Außerdem werden auch Einfang- und Spaltquerschnitte von Aktiniden, die für alternative Brennstoffzyklen zur Energiegewinnung wesentlich sind, untersucht. Die n_TOF Anlage in einem Tunnel unter dem CERN-Gelände besteht aus einer gepulsten Spallations-Neutronenquelle, einer 185 m langen Flugstrecke in einem evakuierbaren Strahlrohr und der Messstation mit verschiedenen Detektoren zur Untersuchung der Kernreaktionen und zur Überwachung des Neutronenstrahls. Spallationsneutronen werden durch den Beschuss eines Blei-Targets mit 20-GeV Protonen vom  CERN Protonen-Synchrotron erzeugt. Die Breites der Protonenimpulses von etwa 6 ns und die lange Flugstrecke ermöglichen die Anwendung der Flugzeitmethode mit einer ausgezeichneten Energieauflösung.

 

Umweltradioaktivität

Europäische geogene Radonkarte (European Geogenic Radon Map, EGRM)

Wir sind Teil einer internationalen Arbeitsgruppe (koordiniert von Europäische Kommission, Gemeinsame Forschungsstelle, Institut für Transurane) zur Erstellung einer europäischen geogenen Radonkarte. Im Rahmen dieser internationalen Zusammenarbeit wurden gemeinsam mit öffentlichen Einrichtungen und anderen Universitäten in Oberösterreich Innenraummessungen, Bodengasmessungen und Bodenanalysen im Bezug auf natürlich vorkommende Radionuklide durchgeführt. Die Korrelationen dieser Messgrößen mit den bekannten Radonpotenzialen werden untersucht, um später aus verschiedenen Messungen (z.B. Konzentrationen von Radionukliden im Boden,  Dosisleistungen, geologische Informationen usw.) Radonpotenziale ableiten zu können.

Radon Potenzial in Österreich

In einem neuen Projekt (finanziert vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft) wird untersucht, ob bereits existierende Daten über Radonbelastungen aus Schulen, Kindergärten und öffentlichen Gebäuden in die österreichische Radonpotenzial-Karte integriert werden können.
  
Weitere Informationen über Radonkonzentration in Innenräumen können auf der Webseite des Österreichischen Radonprojekts gefunden werden.

Stabil-Isotopen Massenspektrometrie

Mit Hilfe "konventioneller" (ohne Verwendung eines Teilchenbeschleunigers) Massenspektrometrie (Elementar-Analysator - Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie) wurden Paläodiät Untersuchung durch Bestimmung der δ13C und δ15N Werte im Knochenkollagen archäologischer Funde durchgeführt.

Kernreaktionen mit leichten Schwerionen

Experimentelle Untersuchungen

Die Anregungsfunktionen für die Bildung verschiedener Endkerne beim Beschuss verschiedener Targetkerne mit leichten Schwerionen (6,7Li, 9Be) wurden nahe der Coulombbarriere gemessen. Die Projektile wurden mit dem VERA-Beschleuniger beschleunigt, stabile Reaktionsprodukte durch die beim Übergang des Endkerns in seinen Grundzustand emittierte Gammastrahlung identifiziert und radioaktive Reaktionsprodukte durch die beim Zerfall emittierte Gammastrahlung.

Reaktionsmodell-Rechnungen

Modellrechnungen für von leichten Schwerionen induzierten Kernreaktionen werden hauptsächlich mit dem Reaktionsmodell-Programmpaket EMPIRE-II durchgeführt. Die Modellrechnungen werden auch auf schwerere Projektile ausgedehnt. Außer EMPIRE-II werden auch andere Modellrechnungsverfahren verwendet um Wirkungsquerschnitte für komplette Fusion an und unter der Coloumbbarriere. Wirkungsquerschnitte in diesem Energiebereich sind für das Verständnis mancher astrophysikalischer Prozesse und bei Versuchen zur Erzeugung von überschweren Elementen von Bedeutung. Da diese Querschnitte sehr klein sind, ist ihre experimentelle Bestimmung sehr schwierig oder sogar unmöglich.

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