@ faculteit wetenschappen Studie van magnetische nanostructuren met synchrotronstraling In dit project zal je de magnetische eigenschappen van enkele nanostructuren.

Presentatie over: "@ faculteit wetenschappen Studie van magnetische nanostructuren met synchrotronstraling In dit project zal je de magnetische eigenschappen van enkele nanostructuren."— Transcript van de presentatie:

1 @ faculteit wetenschappen Studie van magnetische nanostructuren met synchrotronstraling 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 56 Fe, behalve het laagje dat we willen onderzoeken. Het te onderzoeken laagje bestaat uit 57 Fe. 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.

2 @ faculteit wetenschappen 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. 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. WITCH

3 @ faculteit wetenschappen Nucleaire Magnetische Resonantie: een ‘foto’ van exotische kernen. 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). 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 radio- frequente magneetvelden, maken we een soort ‘foto’ van de kern.

4 @ faculteit wetenschappen RISING 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. 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.

5 @ faculteit wetenschappen MiniBall 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-la- Neuve (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. 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.

6 @ faculteit wetenschappen LISOL 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. 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 laser- ionenbron: 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.