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In dieser Arbeit wurde der langsame Neutroneneinfang (s-Prozess) mit dem Nukleosynthese-Programm NETZ simuliert. Ziel solcher Programme ist es, die solare Häufigkeitsverteilung zu reproduzieren. Der s-Prozess dient der Synthese von Elementen schwerer als Eisen und ereignet sich in astrophysikalischen Szenarien mit relativ geringen Neutronendichten. Dadurch sind die Neutroneneinfangzeiten meist größer als die Betazerfallszeiten und der Prozesspfad folgt dem Stabilitätstal in der Nuklidkarte. Aus diesem Grund sind die Reaktionsraten gut messbar und es steht ein umfangreiches Daten-Netzwerk zur Verfügung, welches in die Simulationen einfließen kann. Man unterschiedet zwischen der schwachen- und der Hauptkomponente des s-Prozesses. Die schwache Komponente findet in massereichen Sternen (M > 8M⊙) beim Helium-Kernbrennen und Kohlenstoff-Schalenbrennen statt. Bei Temperaturen über 2.5 × 108 K wird die Reaktion 22Ne(α ,n)25Mg aktiviert, welche Neutronen liefert, die von der Eisensaat eingefangen werden. Bei einer mittleren Neutronendichte von 106/cm3 reicht die Neutronenbestrahlung jedoch nicht aus, um den Synthesefluss über die abgeschlossene Neutronenschale bei N = 50 hinweg zu treiben. Folglich werden nur Isotope zwischen Eisen und Yttrium (56 < A < 90) aufgebaut. Schwerere Isotope (90 ≤ A ≤ 208) werden dagegen in der Hauptkomponente synthetisiert. Diese findet in thermisch pulsierenden AGB-Sternen statt, in denen während des Helium-Schalenbrennens Neutronen hauptsächlich über die Reaktion 13C(α ,n)16O zur Verfügung gestellt werden. Am Ende der jeweiligen Brennphasen gibt es einen Anstieg von Temperatur und Neutronendichte, welche jedoch nicht die globale Häufigkeitsverteilung, wohl aber Verzweigungspunkte beeinflussen können. An diesen Punkten liegen die Neutroneneinfang- und Betazerfallszeiten in der gleichen Größenordnung, sodass der s-Prozesspfad aufspaltet. Hinzu kommt, dass unter stellaren Bedingungen die Reaktionsraten starken Änderungen unterworfen sein können. Bei hohen Temperaturen und Dichten befinden sich die Kerne in angeregten Zuständen, die wie auch der Grundzustand Neutronen einfangen oder radioaktiv zerfallen können, jedoch bei veränderten Raten. Dieser Sachverhalt kann einen Einfluss auf die Häufigkeitsverteilung haben. Das umfangreiche Reaktionsnetzwerk des s-Prozesses kann schnell und mit guter Genauigkeit mit dem Programm NETZ berechnet werden. Dabei muss dem Programm ein Neutronenpuls - der zeitliche Verlauf von Neutronendichte und Temperatur - vorgegeben werden. Ziel dieser Arbeit war es, einen geeigneten solchen Puls zu finden, um die bisherigen Ergebnisse von NETZ zu optimieren. Außerdem wurde eine Aktualisierung der Reaktionsraten und solaren Häufigkeitsverteilung durchgeführt. Die neuen Neutronenpulse für die schwache- und Hauptkomponente liefern eine Verbesserung in der Übereinstimmung von berechneter und solarer Häufigkeit. Dabei konnte für die Hauptkomponente sowohl ein Profil mit einem rechteckigen als auch mit einem exponentiellen Verlauf der Neutronendichte gefunden werden. Darüber hinaus bietet NETZ die Möglichkeit, den Einfluss veränderter Reaktionsraten auf die Häufigkeitsverteilung abzuschätzen. Dazu steht inzwischen auch ein Online-Interface zur Verfügung. Dies ist besonders interessant, wenn es neue Messungen z.B. für Neutroneneinfangreaktionen gibt und man die Relevanz für den s-Prozess bestimmen möchte. So konnte in dieser Arbeit die Bedeutung der kürzlich neu gemessenen Raten für 63,65Cu(n,γ) und 69,71Ga(n,γ) beurteilt werden.

Chlorine and bromine atoms can lead to catalytic destruction of ozone in the stratosphere. Therefore the use and production of ozone depleting substances (ODS) containing chlorine and bromine is regulated by the Montreal Protocol to protect the ozone layer. Equivalent Effective Stratospheric Chlorine (EESC) has been adapted as an appropriate metric to describe the combined effects of chlorine and bromine released from halocarbons on stratospheric ozone. Here we revisit the concept of calculating EESC. We derive a new formulation of EESC based on an advanced concept of ODS propagation into the stratosphere and reactive halogen release. A new transit time distribution is introduced in which the age spectrum for an inert tracer is weighted with the release function for inorganic halogen from the source gases. This distribution is termed the “release time distribution”. The improved formulation shows that EESC levels in the year 1980 for the mid latitude lower stratosphere were significantly lower than previously calculated. 1980 marks the year commonly defined as the onset of anthropogenic ozone depletion in the stratosphere. Assuming that the EESC value must return to the same level in order for ozone to fully recover, we show that it will take more than 10 years longer than currently assumed in this region of the stratosphere. Based on the improved formulation, EESC level at mid-latitudes will reach this landmark only in 2060. We also present a range of sensitivity studies to investigate the effect of changes and uncertainties in the fractional release factors and in the assumptions on the shape of the release time distributions. We conclude that, under the assumptions that all other atmospheric parameters like stratospheric dynamics and chemistry are unchanged, the recovery of mid latitude stratospheric ozone would be expected to be delayed by about a 10 years, in a similar way as EESC.

The fractional release factor (FRF) gives information on the amount of a halocarbon that is released at some point in the stratosphere from its source form to the inorganic form, which can harm the ozone layer through catalytic reactions. The quantity is of major importance because it directly affects the calculation of the Ozone Depletion Potential (ODP). To apply FRF in this context, steady-state values are needed, thus representing a molecular property for a given atmospheric situation. In particular, these values should be independent of the tropospheric trends of the respective halogenated trace gases. We analyzed the temporal evolution of FRF from ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry (EMAC) model simulations for several halocarbons and nitrous oxide between 1965–2011 on different mean age levels and found that the current formulation of FRF yields highly time-dependent values. We show that this is caused by the way that the tropospheric trend is handled in the current calculation method of FRF. Taking into account chemical loss in the calculation of stratospheric mixing ratios reduces the time-dependence in correlations of different tracers. Therefore we implemented a loss term in the formulation of FRF and applied the parameterization of a "mean arrival time" to our data set. We find that the time-dependence in FRF can almost be compensated by applying a new trend correction in the calculation of FRF. We suggest that this new method should be used to calculate time-independent FRF, which can then be used e.g. for the calculation of ODP