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Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, die energieabhängigen Wirkungsquerschnitte von (γ,n)-Reaktionen für 169Tm, 170Yb, 176Yb und 130Te mittels der Photoaktivierungsmethode zu bestimmen. Dazu wurden zunächst die Effizienzen der verwendeten Detektoren mithilfe von Simulationen korrigiert, da die verwendeten Targets eine ausgedehnte Geometrie aufweisen im Gegensatz zu den punktförmigen Eichquellen. Es hat sich herausgestellt, dass mit den Simulationen die Effizienzen der MCA-Detektoren energieabhängig korrigiert werden konnten, da die Simulationen die Form der gemessenen Effizienzen gut reproduzieren konnten. Bei den Effizienzen der LEPS-Detektoren hingegen konnte keine energieabhäangige Korrektur vorgenommen werden, da die LEPS-Detektoren aufgrund des geringen Abstandes zu den Detektoren hohe Summeneffekte zeigten. Im Rahmen dieser Arbeit konnten diese Summeneffekte jedoch nicht korrigiert bzw. berücksichtigt werden.

Der Verzehr von radioaktiv belasteten Pilzfruchtkörpern stellt ein Gesundheitsrisiko für den Menschen dar und auch fast 35 Jahre nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986 sind Pilze aus Waldökosystemen zum Teil noch stark durch das ausgetretene radioaktive 137Cs belastet. Die Einschätzung der Belastung und somit des Gesundheitsrisikos ist aufgrund einer Vielzahl von Einflussfaktoren, wie z. B. der Pilzart, der Tiefe des Myzels, der Bodenkontamination und der Feuchtigkeit des Bodens, schwierig. Ziel dieser Arbeit war es die Variabilität, den Einfluss verschiedener Faktoren sowie die effektive Halbwertszeit der 137Cs-Aktivität in Pilzfruchtkörpern zu ermitteln. Des Weiteren wurde überprüft, ob die Bodenkontamination für eine Abschätzung der 137Cs-Aktivität von Pilzfruchtkörpern herangezogen werden kann. Für die Untersuchungen wurden über mehrere Jahre Proben von Maronenröhrlingen (Imleria badia) und Steinpilzen (Boletus edulis) aus vier Waldgebieten in Mittel- und Süddeutschland mit unterschiedlichem Aktivitätseintrag nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986 analysiert. Die Gebiete waren Eichenzell, Wülfersreuth, Oberschönenfeld und der Nationalpark Bayerischer Wald. Als Ergänzung dienten zugesendete Proben derselben Pilzarten von Mitgliedern aus Pilzvereinen aus ganz Deutschland. Zusätzlich zu den Pilzproben wurden Bodenproben gemessen, um zum einen die aktuelle Bodenkontamination zu bestimmen und zum anderen zu überprüfen, ob der Großteil des 137Cs weiterhin im Bereich des Pilzmyzels zu finden ist. Für die Untersuchung der örtlichen Variabilität der 137Cs-Aktivität wurden Maronenröhrlinge (Imleria badia) aus dem Waldgebiet Eichenzell in den Jahren 2017 bis 2019 analysiert. Innerhalb eines Sammeltages variierten die Messwerte verschiedener Proben innerhalb des Waldgebietes teilweise um den Faktor sechs. Dabei ist die Variabilität innerhalb eines Teilgebietes größer als zwischen beiden Teilgebieten des Waldgebietes Eichenzell. Für ein repräsentatives Ergebnis eines Gebietes ist es aufgrund der Variabilität erforderlich, eine ausreichende Menge an Fruchtkörpern zu analysieren. Um die effektive Halbwertszeit der 137Cs-Aktivität in Maronenröhrlingen (Imleria badia) zu ermitteln, wurden Proben aus drei Waldgebieten über fünf bis neun Jahre analysiert. Die Wahl der drei Waldgebiete erfolgte anhand des 137Cs-Aktivitätseintrags nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986. Die Bodenkontaminationswerte variieren von 3.000 Bq/m² in Eichenzell über 12.500 Bq/m² in Wülfersreuth bis 35.000 Bq/m² in Oberschönenfeld. Die effektiven Halbwerts-zeiten liegen in einem engen Bereich von 5,2 bis 5,8 Jahre mit einem Mittelwert von 5,4 ± 0,3 Jahren. Damit reduziert sich die radioaktive Belastung der Pilzfruchtkörper in etwa fünfmal schneller als durch die rein physikalische Halbwertszeit des 137Cs von 30,08 Jahren. Durch die Hinzunahme von bereits im Jahr 1990 veröffentlichten Daten ergab sich eine längere effektive Halbwertszeit von 7,7 ± 0,6 Jahren. Für die Untersuchung der zwei Einflussfaktoren Exposition des Sammelgebiets (Hangausrichtung nach Ost oder West) und Höhenlage wurden sowohl Maronenröhrlinge (Imleria badia) als auch Steinpilze (Boletus edulis) hinsichtlich der 137Cs-Aktivität gemessen, um die Auswirkung auf Pilzarten mit unterschiedlichem Akkumulationsvermögen zu analysieren. Als Untersuchungsgebiet diente der Nationalpark Bayerischer Wald, da dieser ein großes Gebiet umfasst und verschiedene Ausprägungen der beiden Faktoren abbildet. Zudem wurde das Gebiet in Folge der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl stark kontaminiert und der Park ist ein beliebtes Pilzsammelgebiet. Anhand der 137Cs-Aktivität von Bodenproben konnte das Gebiet in zwei Regionen (Cluster) eingeteilt werden: eine Region mit hohem und eine mit niedrigem Aktivitätseintrag. Im Vergleich wiesen Maronenröhrlinge (Imleria badia) durchschnittlich eine um den Faktor fünf höhere 137Cs-Aktivität als Steinpilze (Boletus edulis) auf. Der Faktor Höhenlage zeigte im Gegensatz zur Exposition einen Einfluss auf die Kontamination der Pilzfruchtkörper. In Bezug auf die Höhenlage war der Einfluss nur im Falle eines hohen Aktivitätseintrags signifikant, wobei die Pilzproben aus der niedrigsten Höhenlage am höchsten belastet waren. Zur Ermittlung der vertikalen Verteilung des 137Cs im Boden wurden in den Waldgebieten Eichenzell und Nationalpark Bayerischer Wald Proben bis zu einer Tiefe von 24 cm entnommen und anschließend in 2 cm Schichten analysiert. Alle Verteilungen konnten mit einem Gauß-Fit oder einem multiplen Gauß-Fit mit 2 bis 3 Maxima abgebildet werden. Das erste Maximum lag in allen Fällen in den organischen Horizonten oder im Übergangsbereich zum Ah-Horizont. Folglich befindet sich der Großteil des 137Cs fast 35 Jahre nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl immer noch im Bereich des Pilzmyzels und kann somit von den Pilzen aufgenommen und in den Fruchtkörpern angereichert werden. Der Vergleich der 137Cs-Aktivität der Pilz- und Bodenproben aus dem Nationalpark Bayerischer Wald ergab sowohl für Maronenröhrlinge (Imleria badia) als auch für Steinpilze (Boletus edulis) eine positive Korrelation. Nach Unterteilung der Proben anhand der Höhenlage zeigte sich eine noch stärkere Korrelation. Dies zeigt, dass neben der Bodenkontamination auch die Höhenlage einen Einfluss auf die 137Cs-Aktivität der Fruchtkörper hat. ...

Within the nucleosynthetic processes of the slow neutron-capture reaction network (called the s process) the so called branching points, unstable isotopes where different nuclear reactions are competing, are important to understand . For modeling and calculating the nucleosynthesis and compare the resulting abundances to the observed ones, it is indispensable to know the branching ratios as well as the corresponding cross sections. A great challenge in measuring those rates in experiments may be the radioactivity of the isotopes involved, which can make it nearly impossible to manufacture the needed targets. In addition, in stellar environments the excited states of isotopes can be in equilibrium with the ground state, affecting the half-lives and the branching ratios significantly. The isotope 152Eu is such a branching point, with neutron captures and β-decays competing. Those challenges were approached in the s405 experiment performed at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH: the challenge the challenge of the radioactivity can be approached by experiments carried out in inverse kinematics with radioactive beams, solving the problem of unstable targets. Also a reversed reaction was used to access the excited states of the studied isotope. The performed 152Sm(p,n)152Eu is a pioneering attempt to use those methods on heavy ions. The (p,n) reaction was used as a substitute for electron capture, the focus lies on reactions with low-momentum transfers, resulting in the emission of low-energy neutrons. The new developed low-energy detector array LENA was put to test for the fist time in the s405 experiment.

Asymptotic giant branch (AGB) stars are initially low and intermediate mass stars undergoing recurrent hydrogen and helium shell burning. During the advanced stage of stellar evolution AGB stars follow after the helium core burning ceased and are located in the AGB of the Hertzsprung-Russell Diagram. One characteristic is their ability of element synthesis, especially carbon and nitrogen, which they eject in large amounts into the interstellar medium. But AGB stars also feature a slow-neutron capture process called s-process which forms approximately 50 % of all elements between Fe and Bi. The initial mass function emphasizes the importance of the synthesized ejecta of AGB stars since they are much more abundant than massive stars. Therefore, the abundance evolution of many elements in the universe is drastically affected by AGB stars. In order to understand chemical evolution in the universe their behavior must be known since their first appearance. In previous times less heavy elements were produced and available. Hence AGB stars with lower heavy element content, which means lower metallicity, must be investigated. They appear to behave substantially differently than stars of higher metallicity. Another issue is that AGB stars have mass-dependent characteristics from which follows a division into low-mass, massive and super AGB stars. Super AGB stars have the most open issues due to their large masses and initial mass boundaries that separate them from massive stars. Due to large spectroscopic surveys in the last years, many low metallicity stars have been analyzed. These findings make it necessary to complement those studies through stellar modeling. This work makes a step in this direction. The AGB star masses under investigation are 1M⊙, 1.65M⊙, 2M⊙, 3M⊙, 4M⊙, 5M⊙, 6M⊙ and 7M⊙ which include low-mass, massive and super AGB stars. Metallicities of Z = 6 x 10 exp-3 and Z = 1 x 10 exp-4 (for comparison, solar Z ~ 0.02) were chosen. These results are an extension of already available data, covering solar and half-solar metallicity, but without super AGB stars. Therefore physics input includes mainly well-established approaches rather than new theories. New physical approaches are included due to the low metallicity which makes the results a unique set of models. Additionally, extensive s-process network calculations lead to production factors of all included elements and isotopes. The s-process signatures of those stars were analyzed. The stellar evolution simulations presented in this work have been utilized for rate and especially sensitivity studies. One approach done was to analyze s-process branchings at 95Zr and 85Kr for stars at 3M⊙ with Z = 1 x 10 exp-2 and Z = 1 x 10 exp-3 respectively.

Most of the elements in the universe are produced via charged-particle fusion reactions during the primordial nucleosynthesis and different stellar burning stages, as well as via neutron-capture reactions. Around 35 heavy, proton-rich isotopes are bypassed by those reaction paths, the p nuclei. A series of photo-disintegration reactions occurring in supernovae, called the γ process, was suggested as a mechanisms to produce the p nuclei. Numerical simulations of the γ process have been unable to reproduce the observed abundances of the light p isotopes. Recent models showed that a series of proton capture reactions could provide the observed abundances. Hence, the cross sections of the crucial capture reactions have to be measured in order to test those assumptions. Radiative proton captures in addition to the γ-process could reproduce the observed abundance pattern. This thesis presents preparations of a proton capture measurement on the radioactive 91Nb in standard kinematics with a calorimetric 4π setup. The 91Nb(p,γ)92Mo reaction might be the key to explain the production of one of the most abundant p-nuclei, 92Mo. So far, no experimental data for this reaction is available. We produced a sample of 91Nb, with a half-life of 680 yr, at the Physikalisch Technische Bundesanstalt in Braunschweig, Germany, by irradiating 92Mo with protons in the energy range of 12 – 20MeV. 91Nb was produced via the reaction 92Mo(p,2p)91Nb and via 92Mo(p,pn)91Mo, where 91Mo decays to 91Nb with a half-life of 15.5min. To predict the amount of produced 91Nb the cross section of 92Mo(p, 2p) was measured. It was found to be higher than the value given by theoretical calculations with TALYS. Finally, 91Nb was chemically separated from the molybdenum carried at Paul-Scherrer- Institut, Villigen, Switzerland. In-beam total absorption cross-section measurement of the reaction 91Nb(p,γ)92Mo with 2 MeV protons at FRANZ is planed with the produced 91Nb. A 4π BaF2 detector consisting of 41 crystals will be used. During this experiment we will measure the sum energy and the multiplicity of each event. The freshly produced 91Nb constitutes only a minor component of the sample material. The sum energy and multiplicity are crucial to distinguish the desired 91Nb(p,γ) from all the other more dominant reactions. The expected multiplicity and the efficiency of the setup were carefully simulated with DICEBOX and GEANT4. It was possible to show that background reactions can be effectively suppressed. The most important background contributions could be identified and result from 92Mo(p,γ), 19F(p,γ), and 19F(p,α).

Ziel dieser Arbeit war, mittels einer (n,γ)-Aktivierung, 129Te zu erzeugen und eine Teilchenzahlbestimmung durchzuführen. Aktivierung der Probe am Forschungsreaktor TRIGA und Spektrenaufnahme mittels eines HPGe-Detektors erfolgten im Mai 2014 am Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg Universität in Mainz. Die Teilchenzahl des Tochternuklids 129I kann anhand der Teilchenzahlen des Isomers und des Grundzustandes von 129Te berechnet werden. In den Aktivierungen #2 bis #6 wurden (14.27 ± 0.53)x10exp12 Iodnuklide erzeugt. Angegeben ist die maximal mögliche Anzahl von Iodteilchen bei unendlich langer Wartezeit und vollständigem Zerfall aller Tellurnuklide. Beobachtet werden konnte die Abnahme der Grundzustandsaktivität bis zum Erreichen des Gleichgewichts aus Nachbevölkerung durch das Isomer und Zerfall. Die Grundzustandslinien der Energien von 459.60 keV, 487 keV, 1083 KeV und 1111 keV konnten zu dieser Untersuchung herangezogen werden. Diese 4 Linien erfüllen die erforderten Konsistenzkriterien bezüglich der Systematik und können daher zur Teilchenzahlbestimmung des Grundzustandes verwendet werden (Seite 31). Der Einfluss der Eigenabsorption ist noch zu untersuchen, da die genaue Position der Probe im Polyethylenbehältnis nicht bestimmt werden konnte. Weiterhin ist die Datenanalyse der ersten Aktivierung aufgrund des Detektorwechsels noch nicht erfolgt. Der Austausch war wegen technischer Probleme notwendig. Ziel weiterführender Untersuchungen ist, eine erneute Halbwertszeitbestimmung des radioaktiven 129I vorzunehmen. Sie ist von Interesse, angesichts des Widerspruchs zweier Veröffentlichungen. Die Halbwertszeit des 129I kann Aufschluss über stellare Bedingungen des s-Prozesses geben.

This thesis presents experimental studies of proton capture and fragmentation reactions with heavy-ion storage rings. In one experiment, the 96Ru(p, γ)97Rh cross sections near the Gamow window have been measured at the ESR of GSI. In the other experiment, the measurement of the fragmentation yields has been carried out at the CSRe of IMP. It is essential to determine the cross sections of (γ, p) or (p, γ) reactions for p-process network calculations. However, only very few of the required cross sections have been measured and thus most of them rely solely on Hauser-Feshbach model predictions. The predictions of the model have always very large uncertainties because of the not well-known input parameters. These parameters can be constrained by experiments. Compared to the traditional activation technique, a novel method using a storage ring has been developed to measure the cross sections of (p, γ) reactions in inverse kinematics. This proton capture experiment has been performed at the ESR, where the circulating 96Ru44+ ions interacted with a hydrogen gas target at 9, 10 and 11 MeV/u. The nuclear reaction products of (p, p), (p, α), (p, n) and (p, γ) reactions were registered by position sensitive detectors. A Geant4 simulation code has been developed to distinguish the (p, γ) reaction products unambiguously from the background reactions. In this work, a relative normalization method has been utilized to accurately determine the cross sections of the (p, γ) reaction. The 96Ru(p, γ)97Rh cross section in the Gamow window of the p process is sensitive to two parameters, i.e., the γ-ray strength function and the optical model potential, while it is mainly sensitive to the γ-ray strength function in the energy region of our experiment. Therefore, our experimental (p, γ) cross sections near 10 MeV/u have been used to directly constrain the γ-ray strength function used in the model. Furthermore, the proton potential has also been constrained by combining our results with additional experimental data for this reaction in the lower energy region. The constrained model has been used to calculate the reaction rate over a wide temperature range, which is an extremely important input for astrophysical calculations. The yields of fragments produced by 78Kr fragmentation reactions have been measured at the CSRe for the Tz = −1/2 and Tz = 1/2 nuclei along or close to the paths of αp- and rp-processes. The measured yields present a significant odd-even staggering effect for Tz = −1/2 nuclides but they are small for Tz = 1/2 nuclides. The magnitude of this effect for four consecutive yields has been quantified using a third-order difference formula. It is found that the largest odd-even staggering is reached near the closed shells Z = 20 and Z = 28. Our experimental results could also compared with the data from other experiments with different projectile-target combinations. All these experimental data strongly support the closed shells Z = 20 and Z = 28 for the Tz = −1/2 nuclei.

Die Entstehung der Elemente im Universum wird auf eine Vielzahl von Prozessen zurückgeführt, die sowohl in Urknall - als auch in stellaren Szenarien angesiedelt werden. Die Kenntnis der dort ablaufenden Reaktionen und deren Raten ermöglicht es die zugrundeliegenden Modelle einzugrenzen und somit genauere Aussagen über die Plausibilität der Szenarien zu treffen. Ein Teil dieser Prozesse stützt sich auf Neutroneneinfänge an Atomkernen, wodurch die Massezahl des Ausgangskerns erhöht wird. Die Aktivierungsmethode ermöglicht die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit eines Neutroneneinfangs, sofern der Zielkern eine detektierbare Radioaktivität aufweist. Die experimentelle Untersuchung einer Reaktion mit einem kurzlebigen Produktkern ist eine besondere Herausforderung, da bei langen Aktivierungen zwar viele Einfänge stattfinden, die meisten Produktkerne jedoch schon während der Aktivierung zerfallen. Ein probates Mittel um genügend Zerfälle des Produktkerns beobachten zu können ist die zyklische Aktivierung, wobei die Probe in mehrfachen Wiederholungen kurz bestrahlt und ausgezählt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Anwendungen der zyklischen Aktivierung behandelt. Eine vom Paul Scherrer Institut Villigen bereitgestellte Probe von 10Be wurde am TRIGA Reaktor der Johannes Gutenberg - Universität Mainz mit Neutronen aktiviert. Über die Cadmiumdifferenzmethode konnte der thermische und der epithermische Anteil der Neutronen separiert werden und dadurch sowohl der thermische Wirkungsquerschnitt als auch das Resonanzintegral für die Reaktion 10Be(n,γ)11Be bestimmt werden. Am Institut für Kernphysik der Goethe Universität Frankfurt wurde mit einem Van - de - Graaff - Beschleuniger über die 7Li(p,n)7Be Reaktion ein quasistellares Neutronenspektrum mit kBT ≈ 25 keV erzeugt. Für die zyklische Aktivierung von Proben wurde die Infrastruktur in Form einer automatisiert ablaufenden Vorrichtung zur Bestrahlung und Auszählung geplant und umgesetzt. In diesem Rahmen wurden die über das Spektrum gemittelten Neutroneneinfangsquerschnitte für verschiedene Reaktionen bestimmt. Für 19F(n,γ)20F konnte der Gesamteinfangsquerschnitt bestimmt werden. Für die Reaktion 45Sc(n,γ)46Sc wurde der partielle Wirkungsquerschnitt in den 142,5 keV Isomerzustand gemessen. Aus der 115In(n,γ)116In Reaktion konnten die partiellen Querschnitte in die Isomerzustände bei 289,7 keV, 127,3 keV sowie den Grundzustand bestimmt werden. Außerdem wurde mit einer Hafniumprobe die partiellen Einfangsquerschnitte in den 1147,4 keV Isomerzustand von 178Hf und in den 375 keV Isomerzustand von 179Hf gemessen.

Für das bessere Verständnis der Nukleosynthese der schweren Elemente im s-Prozess wurde im Rahmen dieser Arbeit die Messung zur Bestimmung der Neutroneneinfangsreaktion von 83Kr durchgeführt. Als Messinstrument wurde DANCE am LANL verwendet, ein 4pi-Kalorimeter zur Detektion der entstehenden g-Kaskaden bei (n,g)-Reaktionen. Darüber hinaus wurden außerdem noch Proben mit 85Kr und 86Kr vermessen. Die Herausforderung an diesem Experiment bestand vor allem in der Probenherstellung. Das Edelgas Kr erforderte eine Neukonstruktion der normalerweise bei DANCE verwendeten Probenhalterung. Das Hauptaugenmerk lag auf der Maximierung der Kr-Exposition durch den Neutronenstrahl. Im Gegenzug wurde versucht das umgebende Material nach Möglichkeit keinen Neutronen auszusetzen. Für die Isotope 83,86Kr wurden Hochdruckgaskugeln verwendet, die an der Goethe-Universität Frankfurt gefüllt und in eine der neuen Probenhalterungen eingesetzt wurden. Zur Beachtung des bei der Messung entstehenden Untergrundes wurde eine Messung mit baugleicher Probenhalterung und leerer Gaskugel durchgeführt. Da bereits kleine Mengen 85Kr eine hohe Radioaktivität aufweisen, wurde eine in einen Stahlzylinder eingeschweißte, existierende Quelle verwendet. Bei der Analyse zu 86Kr wurde schnell eine zu starke Verunreinigung der Kr-Probe mit Xe offensichtlich, einen signifikanten Anteil des Spektrums ausmachte. Aus diesem Grund kam es vor allem zu Problemen den korrekten Untergrund von den 86Kr Messdaten zu subtrahieren. Die weitere Bestimmung inklusive Streukorrekturen, Normierung anhand des Flussmonitors und DICEBOX/GEANT3 Effizienzbestimmung lieferte zwar einen energieabhängigen Wirkungsquerschnitt, dieser zeigte allerdings große Abweichungen von den evaluierten ENDF/B-VII.1 Daten, was besonders ersichtlich in der deutlichsten 86Kr Resonanz bei 5515 eV zu erkennen war. Aus diesem Grund konnte aus den Messdaten kein MACS extrahiert werden. Bei einer Untersuchung der Aktivität der 85Kr-Probe mit Hilfe der einzelnen BaF2-Detektoren in der DANCE Kugel zeigte sich zunächst eine um fast einen Faktor vier geringere Aktivität als vom Hersteller angegeben. Auch bei der weiteren Analyse traten massive Untergrundprobleme auf. Die Form des Stahlzylinders, in dem das Kr-Gasgemisch eingeschweißt war, konnte aufgrund seiner Form nur schwer im Strahlrohr untergebracht werden. Beim Experiment selbst zeigte sich dann, dass Teile der Halterung vom Neutronenstrahl getroffen wurden, was einen Untergrund mit sehr hohem Q-Wert erzeugte, der nicht durch ein Esum Fenster entfernt werden konnte. Durch eine Beschädigung der Halterung mit der Probe kam es darüber hinaus zu Abweichungen mit der verwendeten Leerhalterung. All das führte trotz einer langen Messzeit von fast 18 d dazu, dass nur ein sehr schwaches Signal von der eigentlichen Kr-Probe zu erkennen war. Es wurde eine mögliche 85Kr Resonanz bei 675 eV gefunden, allerdings ist die endgültige Zuordnung aufgrund der nicht eindeutigen Untergrundsituation äußerst schwierig. Im Vorfeld des Kr-Experimentes wurde eine Messung von RbCl an DANCE durchgeführt, da ursprünglich zu erwarten war, dass bereits ein Teil des 85Kr zu 85Rb zerfallen war. Durch diese Messung sollte dieser Anteil leicht von der späteren Messung zu subtrahieren sein. Allerdings trat ein unerwartetes Problem während der Datenaufnahme auf. Die Verbindung der DAQ Boards wurde getrennt, wodurch ca. 3/4 der Detektoren nicht mehr zeitsynchron liefen. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine Rekonstruktion dieser Daten angestrebt. Durch Modifikationen am FARE Code, der zur Auswertung verwendet wurde, konnte Flugzeitspektren für jeden Beschleunigerpuls erzeugt werden. Es zeigte sich zunächst ein offensichtlicher Trend einer Verschiebung der getrennten Boards zu späteren Zeiten. Durch mehrere Fits an die Abweichungsverteilung und anschließende Korrektur konnte zunächst ein Spektrum wiederhergestellt werden, das vergleichbar mit den unbeschädigten Daten war. Bei einer detaillierten Analyse dieser neu gewonnen Daten zeigte sich jedoch eine Nichtlinearität in der Zeitverschiebung. Dies resultierte letztlich in einer Korrektur des Spektrums, allerdings nicht in einem Koinzidenzfenster von 10 ns, das für eine Wirkungsquerschnittsanalyse notwendig ist. Es wurde geschlussfolgert, dass durch die geringe Statistik in den einzelnen Flugzeitspektren solch eine Genauigkeit nicht zu erreichen ist. Die Messung des Neutroneneinfangsquerschnitts von 83Kr konnte im Zuge dieser Arbeit erfolgreich durchgeführt werden. Es wurden zwei Messungen mit verschiedenen Strömen kombiniert. Eine Messung mit 40 µA wurde durchgeführt, um Pile-Up in der größten Resonanz bei 28 eV zu reduzieren. Die zweite Messung diente dann dem Sammeln von ausreichend Statistik in den nicht resonanten Bereichen. Die eingesetzte Leerkugel erlaubte eine saubere Subtraktion des Untergrundes von Probenhalterung, Gaskugel und Umgebung. Für die Skalierung der Messergebnisse wurde eine weitere Messung mit einer 5000 Å dicken Goldfolie durchgeführt. Zur Bestimmung der Detektoreffizienz konnten zunächst die durch den Neutroneneinfang entstandenen Abregungskaskaden der 84Kr Kerne mit DICEBOX modelliert werden. Diese Kaskaden wurden dann anschließend in GEANT3 Simulationen verwendet, um die Effizienz bestimmen zu können. Mit diesen Methoden erhielt man die Maxwell-gemittelten Wirkungsquerschnitte von kT = 5 keV - 100 keV. Bei der für den s-Prozess wichtigen Temperatur von kT = 30 keV wurde der Querschnitt bestimmt zu: MACS (30 keV) = (256,6 +- 14,2 (stat) +- 18,1(sys)) mb. Dieser Wert ist in guter Übereinstimmung mit dem in der KADoNIS v0.3 Datenbank angegebenen Wert von MACS;KADoNIS (30 keV) = (243 +- 15) mb. Mit den so gewonnenen Wirkungsquerschnitten wurden außerdem die Reaktionsraten berechnet. Bei den anschließenden Netzwerkrechnungen mit dem Programm NETZ wurden die Auswirkungen der in dieser Arbeit gewonnenen Wirkungsquerschnitte im Vergleich zu den KADoNIS v0.3 Werten betrachtet. Dabei zeigte sich eine leicht erhöhte Produktion der stabilen Isotope 84Kr, 86Kr, 85Rb und 87Rb, sowie eine leichte Unterproduktion der stabilen Isotope 86-88Sr in der Hauptkomponente des s-Prozess. Ein ähnliches Bild zeigte sich in der He-Brennphase der schwachen Komponente. Der in dieser Arbeit gemessene Wirkungsquerschnitt bei hohen Temperaturen ist geringer als der in KADoNIS v0.3 angegebene, weswegen es bei der Simulation mit NETZ zu einer stark erhöhten Produktion von 83Kr in der C-Brennphase kommt.

The stellar nucleosynthesis of elements heavier than iron can primarily be attributed to neutron capture reactions in the s and r process. While the s process is considered to be well understood with regards to the stellar sites, phases and conditions where it occurs, nucleosynthesis networks still need accurate neutron capture cross sections with low uncertainties as input parameters. Their quantitative outputs for the isotopic abundances produced in the s process, coupled with the observable solar abundances, can be used to indirectly infer the expected r process abundances. The two stable gallium isotopes, 69Ga and 71Ga, have been shown in sensitivity studies to have considerable impact on the weak s process in massive stars. The available experimental data, mostly derived from neutron activation measurements for quasi-stellar neutron spectra at kBT = 25 keV, show disagreements up to a factor of three. Determining the differential neutron capture cross section can provide input data for the whole range of astrophysically relevant energies. To that end, a neutron time of flight experimental campaign at the n_TOF facility at CERN was performed for three months, using isotopically enriched samples of both isotopes. The data taken at the EAR1 experimental area covered a wide neutron energy range from thermal to several hundred keV. The respective differential and spectrum averaged neutron capture cross sections for 69Ga and 71Ga were determined in this thesis. They show good agreement with the evaluated cross sections for 71Ga, but reproduce the deviations from the evaluated data that other, more recent activation measurements showed for 69Ga.

Starting from the first observation of the halo phenomenon 20 years ago, more and more neutron-rich light nuclei were observed. The study of unstable nuclear systems beyond the dripline is a relatively new branch of nuclear physics. In the present work, the results of an experiment at GSI (Darmstadt) with relativistic beams of the halo nuclei 8He, 11Li and 14Be with energies of 240, 280 and 305 MeV/nucleon, respectively, impinging on a liquid hydrogen target are discussed. Neutron/proton knockout reactions lead to the formation of unbound systems, followed by their immediate decay. The experimental setup, consisting of the neutron detector LAND, the dipole spectrometer ALADIN and different types of tracking detectors, allows the reconstruction of the momentum vectors of all reaction products measured in coincidence. The properties of unbound nuclei are investigated by reconstructing the relative-energy spectra as well as by studying the angular correlations between the reaction products. The observed systems are 9He, 10He, 10Li, 12Li and 13Li. The isotopes 12Li and 13Li are observed for the first time. They are produced in the 1H(14Be, 2pn)12Li and 1H(14Be, 2p)13Li knockout reactions. The obtained relative-energy spectrum of 12Li is described as a single virtual s-state with a scattering length of as = -22;13.7(1.6) fm. The spectrum of 13Li is interpreted as a resonance at an energy of Er = 1.47(13) MeV and a width of Gamma ~ 2 MeV superimposed on a broad correlated background distribution. The isotope 10Li is observed after one-neutron knockout from the halo nucleus 11Li. The obtained relative-energy spectrum is described by a low-lying virtual s-state with a scattering length as = -22.4(4.8) fm and a p-wave resonance with Er = 0.566(14) MeV and Gamma = 0.548(30) MeV, in agreement with previous experiments. The observation of the nucleus 8He in coincidence with one or two neutrons, as a result of proton knockout from 11Li, allows to reconstruct the relative-energy spectra for the heavy helium isotopes, 9He and 10He. The low-energy part of the 9He spectrum is described by a virtual s-state with a scattering length as = -3.16(78) fm. In addition, two resonance states with l 6= 0 at energies of 1.33(8) and 2.4 MeV are observed. For the 10He spectrum, two interpretations are possible. It can be interpreted as a superposition of a narrow resonance at 1.42(10) MeV and a broad correlated background distribution. Alternatively, the spectrum is being well described by two resonances at energies of 1.54(11) and 3.99(26) MeV. Additionally, three-body energy and angular correlations in 10He and 13Li nuclei at the region of the ground state (0 < ECnn < 3 MeV) are studied, providing information about structure of these unbound nuclear systems.

Der langsame Neutronen-Einfangprozess (s-Prozess) ist weitgehend verstanden und erforscht. Dies liegt vor allem daran, dass er im Gegensatz zu r- und p- Prozess hauptsächlich an stabilen Nukliden abläuft. Auch ist die Anzahl relevanter Reaktionen (Netzwerk) vergleichsweise klein. Dennoch gibt es im s-Prozess viele ungeklärte Fragen. Eine dieser Fragen ist die Häufigkeitsverteilung von 86Kr in Staubkörnern von Meteoriten. Mit bisherigen Berechnungen und Simulationen dieser Szenarien konnte die Häufigkeitsverteilung von 86Kr jedoch nicht erklärt werden. In dieser Arbeit werden die besonderen Eigenschaften von 85Kr, insbesondere sein Isomerzustand, vorgestellt und genauer untersucht. Die Häufigkeitsverteilung von 86Kr im s-Prozess wird entscheidend durch die Eigenschaften 85Kr beeinflusst. Mit den gewonnenen Daten aus dieser Arbeit wurde eine erste Simulation erstellt, die einen möglichenWeg aufzeigt, das Rätsel um die Häufigkeitsverteilung zu lösen.

Ziel dieser Arbeit war es, die Prozesse der Wechselwirkung zwischen hoch intensivem Kurzpulslaser und Materie zu untersuchen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Erzeugung von intensiver Röntgenstrahlung und Warmer-Dichter-Materie (WDM).

Der langsame Neutroneneinfang-Prozess (s-Prozess) ist für die Erzeugung von rund der Hälfte der Elemente zwischen Eisen und Blei verantwortlich. Sein Reaktionspfad enthält entlang des Stabilitätstals einige Verzweigungspunkte an instabilen Isotopen, deren Neutroneneinfangquerschnitte die Produktion schwererer Elemente und deren Isotopen-Verhältnisse beeinflussen. Kennt man ihre Zerfalls- und Neutroneneinfangraten unter den angenommenen stellaren Bedingungen ist es möglich, Rückschlüsse auf die physikalischen Umstände während des s-Prozesses zu ziehen. Einer dieser Verzweigungspunkte ist 63-Ni. Die experimentelle Bestimmung des differentiellen Wirkungsquerschnittes für den Neutroneneinfang an diesem Isotop ist das primäre Ergebnis der vorliegenden Arbeit. Der 63-Ni(n,gamma)- Wirkungsquerschnitt hat Einfluss auf die Häufigkeiten von 64-Ni, die Kupfer- und die Zink-Isotope. Die Sensitivität der Produktion dieser Nuklide in s-Prozess-Szenarien wurde ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit anhand von Simulationen des entsprechenden Nukleosynthesenetzwerkes untersucht. Zudem wurde die Datenlage für s-Prozess-Modelle mit einer Flugzeit-Messung des 63-Cu(n,gamma)-Wirkungsquerschnitts erweitert. Die beiden Experimente zur Querschnittsbestimmung von 63-Ni und 63-Cu fanden am Los Alamos Neutron Science Center in New Mexico, USA statt. Eine aus angereichertem 62-Ni hergestellte 63-Ni-Probe wurde im Rahmen einer Flugzeit-Messung gepulst mit Neutronen bestrahlt. Der Nachweis der prompten Gammastrahlung aufgrund von Neutroneneinfängen erfolgte mit dem 4π-BaF_2-Detektor DANCE. Die kalorimetrische Messung macht den Q-Wert der Reaktion für jedes Einfangereignis zugänglich und erlaubt die Unterscheidung von Ereignissen verschiedener Isotope. Es konnte gezeigt werden, dass diese Methode die Bestimmung von Querschnitten selbst mit Proben ermöglicht, die nur zu einem Bruchteil aus dem zu untersuchenden Isotop bestehen. Der 63-Ni(n,gamma)-Wirkungsquerschnitt wurde für den Energiebereich von 40 eV bis 500 keV mit einer maximalen Unsicherheit von 15% bestimmt. Es zeigte sich, dass theoretische Abschätzungen den Querschnitt bislang um etwa einen Faktor 2 unterschätzten. In demselben Energiebereich konnte der 63-Cu(n,gamma)-Wirkungsquerschnitt mit einer maximalen Unsicherheit von 8% vermessen werden.

The subject of this thesis aimed at a better understanding of the spectacular X-ray burst. The most likely astrophysical site is a very dense neutron star, which accretes H/He-rich matter from a close companion. While falling towards the neutron star, the matter is heated up and a thermonuclear runaway is ignited. The exact description of this process is dominated by the properties of a few proton-rich radioactive isotopes, which have a low interaction probability, hence a high abundance. The topic of this thesis was therefore an investigation of the short-lived, proton-rich isotopes 31Cl and 32Ar. The Coulomb dissociation method is the modern technique of choice. Excitations with energies up to 20 MeV can be induced by the Lorentz contracted Coulomb field of a lead target. At the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt, Germany, a Ar beam was accelerated to an energy of 825 AMeV and fragmented in a beryllium target. The fragment separator was used to select the desired isotopes with a remaining energy of 650 AMeV. They were subsequently directed onto a 208 Pb target in the ALAND/LAND setup. The measurement was performed in inverse kinematics. All reaction products were detected and inclusive and exclusive measurements of the respective Coulomb dissociation cross sections were possible. During the analysis of the experiment, it was possible to extract the energy-differential excitation spectrum of 31Cl, and to constrain astrophysically important parameters for the time-reversed 30S(p,γ)31Cl reaction. A single resonance at 0.443(37) MeV dominates the stellar reaction rate, which was also deduced and compared to previous calculations. The integrated Coulomb dissociation cross section of this resonance was determined to 15(6) mb. The astrophysically important one- and two-proton emission channels were analyzed for 32Ar and energy-differential excitation spectra could be derived. The integrated Coulomb dissociation cross section for two proton emission were determined with two different techniques. The inclusive measurement yields a cross section of 214(29stat)(20sys) mb, whereas the exclusive reconstruction results in a cross section of 226(14stat)(23sys) mb. Both results are in very good agreement. The Coulomb dissociation cross section for the one-proton emission channel is extracted solely from the exclusive measurement and is 54(8stat)(6sys) mb. Furthermore, the development of the Low Energy Neutron detector Array (LENA) for the upcoming R3B setup is described. The detector will be utilized in charge-exchange reactions to detect the low-energy recoil neutrons from (p,n)-type reactions. These reaction studies are of particular importance in the astrophysical context and can be used to constrain half lifes under stellar conditions. In the frame of this work, prototypes of the detector were built and successfully commissioned in several international laboratories. The analysis was supported by detailed simulations of the detection characteristics.

The subject of this thesis is the experimental investigation of the neutron-capture cross sections of the neutron-rich, short-lived boron isotopes 13B and 14B, as they are thought to influence the rapid neutron-capture process (r process) nucleosynthesis in a neutrino-driven wind scenario. The 13;14B(n,g)14;15B reactions were studied in inverse kinematics via Coulomb dissociation at the LAND/R3B setup (Reactions with Relativistic Radioactive Beams). A radioactive beam of 14;15B was produced via in-flight fragmentation and directed onto a lead-target at about 500 AMeV. The neutron breakup of the projectile within the electromagnetic field of the target nucleus was investigated in a kinematically complete measurement. All outgoing reaction products were detected and analyzed in order to reconstruct the excitation energy. The differential Coulomb dissociation cross sections as a function of the excitation energy were obtained and first experimental constraints on the photoabsorption and the neutron-capture cross sections were deduced. The results were compared to theoretical approximations of the cross sections in question. The Coulomb dissociation cross section of 15B into 14B(g.s.) + n was determined to be s(15B;14B(g:s:)+n) CD = 81(8stat)(10syst) mb ; while the Coulomb dissociation cross section of 14B into a neutron and 13B in its ground state was found to be s(14B;13B(g:s:)+n) CD = 281(25stat)(43syst) mb: Furthermore, new information on the nuclear structure of 14B were achieved, as the spectral shape of the differential Coulomb dissociation cross section indicates a halolike structure of the nucleus. Additionally, the Coulomb dissociation of 11Be was investigated and compared to previous measurements in order to verify the present analysis. The corresponding Coulomb dissociation cross section of 11Be into 10Be(g.s.) + n was found to be 450(40stat)(54syst ) mb, which is in good agreement with the results of Palit et al.