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Kerne, superschwere Elemente und Hyperkerne in einem chiralen SU(3)-Modell (1999)

Wolf Christian Beckmann

In der vorliegenden Arbeit wurde ein chirales SU(3)-Modell auf verschiedene Erscheinungsformen endlicher Kernmaterie angewendet. Das Modell basiert auf chiraler Symmetrie in nichtlinearer Realisierung. Die Symmetrie muss spontan gebrochen werden um die beobachtete Massendifferenz zwischen skalaren und pseudoskalaren Mesonen reproduzieren zu können. Um den pseudoskalaren Mesonen eine endliche Masse zu geben ist eine explizite Brechung der chiralen Symmetrie nötig.

Cluster description of cold (neutronless) alpha ternary fission of 252Cf (1999)

Aurel Săndulescu F. Carstoiu Ionel Bulboaca Walter Greiner

A coplanar three body cluster model (two deformed fragments and an alpha particle) similar to the model used for the description of cold binary fission was employed for the description of cold (neutronless) alpha accompanied fission of 252Cf. No preformation factors were considered. The three body potential was computed with the help of a double folding potential generated by the M3Y-NN effective interaction and realistic fragment ground state deformations. From the minimum action principle, the alpha particle trajectory equations, the corresponding ternary barriers, and an approximate WKB expression for the barrier penetrability are obtained. The relative cold ternary yields were calculated as the ratio of the penetrability of a given ternary fragmentation and the sum of the penetrabilities of all possible cold ternary fragmentations. Different scenarios were considered depending on the trajectories of the fragments. It was shown that two regions of cold fragmentation exist, a deformed one corresponding to large fragment deformations and a spherical one around 132Sn, similarly to the case of the cold binary fission of 252Cf. We have shown that for the scenario corresponding to the Lagrange point, where all forces acting on the alpha particle are in equilibrium, the cold alpha ternary yields of 252Cf are strongly correlated with the cold binary yields of the daughter nucleus 248Cm into the same heavy fragments. For all other scenarios only the spherical splittings are favored. We concluded that due to the present available experimental data on cold alpha ternary yields only the Lagrange scenario could describe the cold alpha ternary fission of 252Cf.

Coulomb effects on electromagnetic pair production in ultrarelativistic heavy-ion collisions (1999)

U. Eichmann Joachim Reinhardt Stefan Schramm Walter Greiner

We calculate the asymptotic high-energy amplitude for electrons scattering at one ion, as well as at two colliding ions, by means of perturbation theory. We show that the interaction with one ion eikonalizes and that the interaction with two ions causally decouples. We are able to put previous results on perturbative grounds and propose further applications for the obtained rules for interactions on the light cone. We discuss the implications of the eikonal amplitude on the pair production probability in ultrarelativistic peripheral heavy-ion collisions. In this context the Weizsäcker-Williams method is shown to be exact in the ultrarelativistic limit, irrespective of the produced particles’ mass. A new equivalent single-photon distribution is derived, which correctly accounts for Coulomb distortions. The impact on single-photon induced processes is discussed.

Shell structure of superheavy nuclei in self-consistent mean-field models (1999)

Michael Bender Klemens Rutz Paul-Gerhard Reinhard Joachim A. Maruhn Walter Greiner

We study the extrapolation of nuclear shell structure to the region of superheavy nuclei in self-consistent mean-field models—the Skyrme-Hartree-Fock approach and the relativistic mean-field model—using a large number of parametrizations which give similar results for stable nuclei but differ in detail. Results obtained with the folded-Yukawa potential which is widely used in macroscopic-macroscopic models are shown for comparison. We focus on differences in the isospin dependence of the spin-orbit interaction and the effective mass between the models and their influence on single-particle spectra. The predictive power of the mean-field models concerning single-particle spectra is discussed for the examples of 208Pb and the spin-orbit splittings of selected neutron and proton levels in 16O, 132Sn, and 208Pb. While all relativistic models give a reasonable description of spin-orbit splittings, all Skyrme interactions show a wrong trend with mass number. The spin-orbit splitting of heavy nuclei might be overestimated by 40%–80%, which exposes a fundamental deficiency of the current nonrelativistic models. In most cases the occurrence of spherical shell closures is found to be nucleon-number dependent. Spherical doubly magic superheavy nuclei are found at 184298114, 172292120, or 184310126 depending on the parametrization. The Z=114 proton shell closure, which is related to a large spin-orbit splitting of proton 2f states, is predicted only by forces which by far overestimate the proton spin-orbit splitting in 208Pb. The Z=120 and N=172 shell closures predicted by the relativistic models and some Skyrme interactions are found to be related to a central depression of the nuclear density distribution. This effect cannot appear in macroscopic-microscopic models or semiclassical approaches like the extended Thomas-Fermi-Strutinski integral approach which have a limited freedom for the density distribution only. In summary, our findings give a strong argument for 172292120 to be the next spherical doubly magic superheavy nucleus.

Planung und Aufbau der Strahlführung für nachbeschleunigte, hochgeladene Ionen an der Frankfurter EZR-(VE)RFQ-Anlage (1999)

Oliver Hohn

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Planung und dem Aufbau der mehrkanaligen Strahlführung im Anschluß an den VE-RFQ Beschleuniger der Frankfurter EZR-VE-RFQ Anlage. Die Umsetzung der mit Hilfe von Simulationen gefundenen Strahlführung war ebenso Gegenstand dieser Arbeit wie erste Tests der neuen Anlagenkomponenten. Mit der Fertigstellung dieses Teilabschnitts steht jetzt der Energiebereich von 100–200 keV/u ergänzt durch den niederenergetischen Bereich von 5–60 kV für Experimente mit mehrfach geladenen Ionen in zwei von drei geplanten Strahlkanälen zur Verfügung. Die Kombination, bestehend aus EZR-Ionenquelle und VE-RFQBeschleuniger, erlaubt einerseits atomphysikalische Experimente mit speziell präparierten Ionenstrahlen und verschiedenen Ionensorten. Andererseits liefert die verwendete Ionenquelle hohe Intensitäten an mehrfach geladenen Ionen, die für spezielle Anwendungen der Materialforschung benötigt werden. Diese Arbeit gliedert sich in drei Abschnitte, im ersten Schritt wurde die HF-Einkopplung des Beschleunigers modifiziert und der Ionenstrahl im transversalen Phasenraum charakterisiert. Dabei hat sich gezeigt, daß die experimentell gefundene Geometrie der Einkoppelschleife im Betrieb nur in einem sehr geringen Bereich verfahren werden muß, um optimale Anpassung über den gesamten Frequenzbereich zu erreichen. Auf Basis der gemessenen Emittanzen erfolgte die Planung der Strahlführung mit Hilfe von Simulationsprogrammen im zweiten Schritt. Das Ziel war der Aufbau von drei Strahlkanälen mit unterschiedlichen Anforderungen an das Profil des Ionenstrahls. Im letzten Schritt stand die Umsetzung der geplanten Strahlführung. Verbunden mit diesem Schritt war die Konstruktion und Vermessung der ionenoptischen Elemente und der Aufbau der Strahlführung unter Verwendung von vorhandenen magnetischen Quadrupolen und Ablenkmagneten. Abschließend wurde die Funktionsfähigkeit des vorgestellten Aufbaus als Bestandteil der kompletten EZR-VE-RFQ-Anlage im Betrieb getestet. Im Rahmen des Aufbaus und der ersten Experimente waren diverse technische Fragestellungen aus dem Bereich der Beschleunigerphysik, über die Ionenoptik bis hin zur Ionenquellenphysik zu bearbeiten und Probleme zu lösen. Die ersten Tests der einzelnen ionenoptischen Elemente und der Betrieb der gesamten Strahlführung haben gezeigt, daß die gestellten Aufgaben erfüllt werden. Nach der Fertigstellung des Grundaufbaus der Strahlführung für die nachbeschleunigten Ionen durch den Aufbau des noch fehlenden 90°-Kanals und den Aufbau einer Strahldiagnose, muß im nächsten Schritt die Optimierung der einzelnen Strahlkanäle erfolgen. Das Ziel liegt dabei in der Verbesserung der Transmission und der Qualität der zur Verfügung gestellten Ionenstrahlen. Damit verbunden ist auch die Charakterisierung der Ionenstrahlen in den verschiedenen Strahlzweigen. Unabhängig davon ist die Untersuchung der Injektion in den RFQ notwendig, zur Verbesserung der Anpassung des Quellenstrahls an die Akzeptanz des Beschleunigers und zur Diagnose der Ursache für die Teilchenverluste in diesem Teilabschnitt des Aufbaus.

Ladungsausgleich langsamer, hochgeladener Ionen in dünnen Folien (1999)

Mirko Hattaß

Es wurde eine Apparatur zur Messung der Ladungszustandsverteilung von langsamen, hochgeladenen Ionen nach der Wechselwirkung in dünnen Foilen aufgebaut und angewendet. Die Ladungszustandsverteilung von Ionen mit Ladungszuständen von 1+ (H) bis 75+(Th) wurden im Geschwindigkeitsbereich von 0.2 bis 0.75 vBohr nach einer 5 nm und 10 nm dicken amorphen Kohlenstoff-Folie bestimmt. Ionen, die die (10 nm)-Folie passierten, befanden sich im wesentlichen in einem Gleichgewichtsladungszustand (1-2+), der sich grob durch das Bohr-Kriterium beschreiben läßt. Die mittleren Endladungszustände von Ionen mit Anfangsladungen >= 33+ zeigten nach der 5 nm dicken Folie eine deutliche Abweichung von diesem Gleichgewicht. Mittlere Ladungszustände bis zu 8.2+ (Th) wurden beobachtet. Es handelt sich dabei um die erste Beobachtung von Nicht-Gleichgewichtsladungszuständen langsamer Ionen nach der Transmission durch einen Festkörper. Dieses Ergebnis wird dahingehend gedeutet, daß die Zeitspanne, die zur Neutralisation und Relaxation der Ionen in der 5 nm Folie zur Verfügung steht, nicht ausreichend ist. Aus den Ergebnissen der Sekundärelektronen Ausbeute wird geschlossen, daß ein Teil der Innerschalen-Plätze bis zum Austritt aus der Folie nicht gefüllt werden konnte. Desweiteren könnte eine Verarmung des Festkörpers an Elektronen im Einschlagsbereich des hochgeladenen Ions vorliegen. Anhand der gesammelten Daten wurde ein semi-empirisches Modell zur Beschreibung des Ladungszustandes eines hochgeladenen Ions in einem Festkörper aufgestellt. Es zeigt sich, daß die Daten gut durch einen zweistufugen Füllprozess beschrieben werden können, der aus einem Aufbau einer Abschirmwolke um das Projektil, sowie der weiteren Abregung besteht. Die charakteristischen Zeiten für Aufbau und Abregung bewegen sich im Bereich von 2 fs. Nach etwa 7 fs kann von einer vollständigen Relaxation des Projektils ausgegangen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zum Ladungsausgleich der hochgeladenen Ionen wurden in [37] veröffentlicht.

Aufbau und Charakterisierung eines Zweifarben Dauerstrich Ti:Saphir-Lasers (1999)

Frank Siebe

Als Ergebnis dieser Arbeit kann man sehen, daß es experimentiell gelungen ist, mit einem alpha-förmigen Linearresonator einen stabilen unabhängig abstimmbaren Zwei-Farben Ti:saphir Laser aufzubauen, der so in der wissenschaflichen Literatur noch nicht beschrieben ist. Eine Veröfentlichung zu der vorgelegten Arbeit [22] ist beim IEEE Journal of Quantum Electronics eingereicht worden. Die Ausgangsleistung dieses Lasers liegt bei 300 mW. Die durchgeführten Experimente lassen darauf schließen, daß der Laser die meiste Zeit nur auf einer longitudinalen Mode emittiert. Bei einem gleichzeitig möglichen Abstimmbereich von 740 nm bis 850 nm, welches ein Verhältnis von Linienbreite zu Abstimmbereich von besser als 1:250000 bedeutet. Den Beweis, daß der Laser auch bei sehr geringen Differenzfrequenzen betrieben werden kann, lieferte die direkte Messung des Schwebungssignals zwischen den beiden Lasern. Dabei muß man zugeben, daß das im Eingangszitat dieser Arbeit erwähnte Schwebungssignal nicht ohne Hilfsmittel an einer Wand zu beobachten war, sondern eine minimale Schwebung von 3 Mhz gemessen wurde. Im Vergleich zu den 3 x 10 exp 8 Mhz der einzelner Farben ist dies aber ein gutes Ergebnis. Zusätzlich wurde mit dem Ringlaser ein anderer Ansatz zur Abstimmung des Systems realisiert. Diese Anordnung hat mit 800 mW Vorteile bezüglich der Ausgangsleistung aber Nachteile in Hinblick auf Abstimmung und Linienbreite. Im theoretischen Teil konnte gezeigt werden, welche Eigenschaften ein Laser-Resonator haben muß, um stabil im Zweifarben Betrieb eingesetzt zu werden. Weiterhin konnten auch noch die dynamischen Effekte der beiden Resonatortypen mit Hilfe einer Simulation beschrieben werden. Der Laser soll in der Erzeugung von kontinuierlicher Strahlung im Thz Bereich verwendet werden. Dabei sollen photokonduktive Antennen, wie auch Halbleiteroberflächen als Emitter dienen. Bis zum Ende dieser Arbeit konnte der Laser aus zeitlichen Gründen nicht für diese Messungen eingesetzt werden, da es zu Verzögerungen mit den Proben, wie auch mit den Meßgeräten kam. Die Charakterisierung des Lasers aber zeigte, daß die beiden schmalbandigen Farben bei einer Differenzfrenz im Thz-Bereich (20 GHz–50THz) stabil zu realisieren sind.

Kaon effective mass and energy from a novel chiral SU(3) symmetric Lagrangian (1999)

Guangjun Mao Panajotis Papazoglou Stefan Hofmann Stefan Schramm Horst Stöcker Walter Greiner

A new chiral SU(3) Lagrangian is proposed to describe the properties of kaons and antikaons in the nuclear medium, the ground state of dense matter and the kaon-nuclear interactions consistently. The saturation properties of nuclear matter are reproduced as well as the results of the Dirac-Brückner theory. After taking into account the coupling between the omega meson and the kaon, we obtain similar results for the e ective kaon and antikaon energies as calculated in the one-boson-exchange model while in our model the parameters of the kaon-nuclear interactions are constrained by the SU(3) chiral symmetry. PACS number(s): 14.40.Aq, 12.39.Fe, 21.30.Fe

Freeze out in hydrodynamical models (1999)

Csaba Anderlik László Pal Csernai Frederique Grassi Walter Greiner Yogiro Hama Takeshi Kodama Zsolt Iosif Lazar Volodymyr K. Magas Horst Stöcker

We study the effects of strict conservation laws and the problem of negative contributions to final momentum distribution during the freeze out through 3-dimensional hypersurfaces with space-like normal. We study some suggested solutions for this problem, and demonstrate it on one example. PACS: 24.10.Nz, 25.75.-q

Rho meson broadening in hot and dense hadronic matter (1999)

Song Gao Charles Gale Christoph Ernst Horst Stöcker Walter Greiner

The modification of the width of rho mesons due to in-medium decays and collisions is evaluated. The decay width is calculated from the imaginary part of the one-loop selfenergy at finite temperature. The collision width is related to the cross sections of the rho + pion and the rho + nucleon reactions. A calculation based on an e ective Lagrangian shows the importance of including the direct pho pi - > pho pi scattering which is dominated by the a1 exchange. A large broadening of the spectral function is found, accompanied by a strength suppression at the pole. http://www.arxiv.org/abs/nucl-th/9812059

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