Fahlander, Claes

Forkman, Bengt

Hellborg, Ragnar

English

Lund University Publications

LUND UNIVERSITYPO Box 117221 00 Lund+46 46-222 00 00Allt ljus på kärnanOm hur kärnfysiken utvecklades i Lund med elektrostatiskaacceleratorer,elektronacceleratorer, Ur-MAX, LUSY, MAX-lab och nedslag i tillämpad kärnfysik.Fahlander, Claes; Forkman, Bengt; Hellborg, Ragnar; Holmin Verdozzi, KristinaPublished in:Fysik i Lund i tid och rum2016Document Version:Publisher's PDF, also known as Version of recordLink to publicationCitation for published version (APA):Fahlander, C., Forkman, B., Hellborg, R., & Holmin Verdozzi, K. (Ed.) (2016). Allt ljus på kärnan: Om hurkärnfysiken utvecklades i Lund med elektrostatiskaacceleratorer, elektronacceleratorer, Ur-MAX, LUSY, MAX-lab och nedslag i tillämpad kärnfysik. In Fysik i Lund i tid och rum Gidlunds förlag i samarbete med Fysiskainstitutionen, Lunds universitet.Total number of authors:4Creative Commons License:CC BYGeneral rightsUnless other specific re-use rights are stated the following general rights apply:Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authorsand/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by thelegal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private studyor research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portalRead more about Creative commons licenses: https://creativecommons.org/licenses/Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will removeaccess to the work immediately and investigate your claim.Allt ljus på kärnanOm hur kärnfysiken utvecklades i Lund med elektrostatiska accelera-torer, elektronacceleratorer, Ur-MAX, LUSY, MAX-lab och nedslag i tillämpad kärnfysik. Allt ljus på kärnan 116  117Kärnfysikens utveckling 1896 –1939Man kan säga att kärnfysiken startade år 1896, när Henri Becquerel märkte att uransalt sände ut strål-ning som svärtade fotografiska emulsioner. Han trodde att uransaltet måste belysas av solen  för att få denna förmåga. Det var mulet i Paris så han framkallade sin inslagna plåt som låg under  ett silverkors på vilket det var strött lite uransalt.  Till sin förvåning såg han en bild av korset trots frånvaro av sol. Många bidrog sedan med ytterli-gare kunskap. James Chadwick Neutronen upptäcktes 1932.Ernest Rutherford År 1919 utfördes  första kärnreaktionen: α + 14N  p + 17O.Henri Becquerel Observera det vita korset. År 1911,  spridning av  α-partiklar mot  guldfolie.  Allt ljus på kärnan 118Kärnfysiken till LundAtombomberna som fälldes över Japan 1945 föränd-rade världen och kärnfysik blev ett nytt forsknings-område, så även i Lund. Manne Siegbahns elev, Sten von Friesen, kom till Fysiska institutionen i Lund 1946 och fick husera  i en barack med fyra små rum. I ett av rummen  planerade Hellmuth Hertz för en Van de Graaff- accelerator och i ett annat byggdes en Wilson-dim-kammare för kosmisk strålning. I det fjärde rummet samsades Krister Kristiansson som mikroskoperade kärnemulsioner med Sven Johansson som utvecklade elektroniska gamma-detektorer. Forskargruppen på kärnfysiska avdelningen i Lund under  mitten av 1950-talet.Inklippta överst från vänster: Eskil Möller, Bibijana Dobovisek,  Lennart Stigmark, Berndt Waldeskog.Överst från vänster: Erik Alinder, Börje Persson, Åke Isberg, Nils Nor-lind, Erik Hellstrand, Lars Hansson, Per-Olof Fröman, Uno Persson.Mitten från vänster: Nils Starfelt, Nils Svantesson, Laboratorie- assistent, Elvir Andersson, Bengt Forkman, Hans Ryde, Kjell  Jönsson, Börje Pettersson, Jan Cederlund.Nederst från vänster: Göran Leide, Birgit Lindqvist,  Holger Sköldborn, Sven Johansson, Sten von Friesen,  Kurt Lidén, Krister Kristiansson, Hellmuth Hertz.  119AcceleratorbyggeSten von Friesen reste till USA för att studera nya ac-celeratorer. Han fann att en Van de Graaff-accelerator var idealisk eftersom man kunde göra precisionsmät-ningar med den samtidigt som den borde vara billig  i drift. En nystartad forskargrupp började nu bygga en egen VdG på den nya institutionen i den lokal som nu rymmer biblioteket. 1956 stod acceleratorn färdig för kärnfysikexperiment. Fysicums VdG-accelerator. Trycktanken som omgav accele- ratorn skymtar i förgrunden.Principen för en  elektrostatisk generator.  Allt ljus på kärnan 120Accelererade protonerVan de Graaff-acceleratorn kunde producera högspän-ning upp till 3 MV, (miljoner volt). Den användes för att accelerera protoner, som åstadkom olika processer när de kolliderade med atomkärnor. Bland annat stu- derade Ingvar Bergqvist och Nils Starfelt snabba  neutroner vid kollisionerna. Neutronerna kunde i sin tur fångas in och bindas i  andra kärnor, en process av stort teoretiskt intresse.  De snabba neutronerna kan förenas med blykärnan  på två sätt: Direkt eller indirekt, över en infångnings- resonans. Båda infångningsprocesserna är inblandade.   121PelletronenÅr 1972 byttes VdG-acceleratorn ut mot en ny sta-tisk accelerator, en pelletron. Laddningstransportban-det ersattes med en kedja av metallkulor, pellets. I pelletronen kunde man uppnå ett spänningsfall på 6 MV och den kom att få stor betydelse för Fysicum. Förutom den rena kärnfysikforskningen utvecklades  här PIXE-metoden för spårämnesanalyser med många tillämpningsområden. Chef för det nya pelletronlaboratoriet blev Ragnar Hellborg, som innehade befattningen, i drygt 30 år. Till sin hjälp hade han forskningsingenjörerna  Kjell Håkansson och Christer Nilsson. Ragnar Hellborg,  pelletronspecialist.Kjell Håkansson  forskningsingenjör  och IVA-guldplakett-innehavare.Christer Nilsson,  forskningsingenjör  och elitcyklist.Lundapelletronen  Allt ljus på kärnan 122Isotoper för medicinska studierIsotopen 18F framställs genom kärnreaktionen 18O(p,n)18F och är lämplig för medicinska under- sökningar. Efter bestrålningen av 18O-rikt vatten  extraheras 18F-atomerna och injiceras i patienten. Värdmolekylen deltar i metabolismen i patientens kropp och ansamlas i tumörer. Därefter mäts strål-ningen från 18F-kärnans sönderfall. Metoden kallas Positron Emissions Tomografi (PET). En 3-dimensionell bild kan erhållas från  det undersökta kroppsområdet.Dessa tidiga PET-studier möjliggjordes tack vare Ragnar Hellborg och lade grunden för en stark vidareutveckling inom forskningsområdet medicinsk strålningsfysik.  12314C – Ett mångsidigt verktyg Pelletronacceleratorn anpassades under 1990-talet till att utföra masspektrometriska analyser av olika sällsynta radioisotoper. Främst gjordes 14C-analyser inom geologi, arkeologi, omgivningsradiologi och medicin. Ett exempel visas i figuren till vänster där tekniken använts för att bestämma stråldosen till människa från ett 14C-märkt läkemedel. Även efter mer än 4 år kunde spår av läkemedlet avslöjas i utandningsluften. Kristina Eriksson Stenström har utvecklat denna och liknande tekniker.  Allt ljus på kärnan 124MeteoritregnLuis Alvarez hypotes att dinosaurerna dog ut när en stor asteroid kolliderade med jorden bygger på iridiumhaltmätning nära den för-modade nedslagsplatsen. Asteroider har högre iridiumhalter än jordskorpan. På Kärnfysikavdelningen har Per Kristianssons och Birger Schmitz’ grupp byggt en avance-rad Iridium Coincidence Spectrometer (ICS) för att söka i den geologiska lagerföljden efter iridium som vittnar om andra stora nedslag i jordens historia.   125JätteresonansenSammanställning av internationella data för jätteresonansen i 16O där lundagruppens resultat ingår.Om energirika fotoner träffar en atomkärna börjar denna vibrera. Fotonerna producerades från en 35 MeV elektronsynkrotron, som man fått till skänks från KTH år 1953, som går un-der benämningen Ur-MAX. Resonansvibrationer mellan protonerna och neutronerna skapas i energiområdet 15-35 MeV. Förvånansvärt nog fanns det struktur i resonansen. Strukturen blev ett starkt bevis för skalmodellen. Individuella nukleoner rör sig i givna banor trots att kärnmaterien är kompakt. Pionjärer inom detta område var Sven Johans-son och hans doktorand Bengt Forkman.  Allt ljus på kärnan 126LUSY När 1,2 GeV (1 200 MeV) elektronsynkro-tronen LUSY 1962 togs i bruk påbörjade kärnfotogruppen under Bengt Forkmans ledning en serie studier över högenergetiska fotoreaktioner långt över jätteresonansens cirka 20 MeV. Om man ökar energin på fotonerna upp till över 150 MeV uppstår nya absorptionspro-cesser, ∆-resonanser. Någon av de tre kvar-karna i den träffade nukleonen kan kasta  om spinnriktning vilket ger förhöjd absorp-tion och vid deexciteringen kan fotopioner kastas ut. Schematisk bild av hur en kvark i en nukleon flippar.  127Taggade elektronerNär LUSY skulle avvecklas utarbetades planer på en ny anläggning för kärnfotoexperiment. Projektet utvecklades efter hand till det som blev MAX-lab, där kärnfysikdelen har pågått fram till våren 2015. En väsentlig del är utrustningen för så kallad  taggningsteknik där enstaka fotoner med defi- nierad energi märks ut. Nu äntligen kunde man  göra experiment med energibestämda fotoner. Man böjer av den uppbromsade elektronen i ett magnetfält och fångar upp den i en av många fållor på rad. När man känner den  uppbromsade elektronens energi vet man också den verksamma fotonens energi.  Allt ljus på kärnan 128Experiment vid MAX-labDet finns skäl att tro att fotoner med energier över  jätteresonansen och under tröskeln för fotopionpro- duktion (30-150 MeV) reagerar med kvasideuteroner,  alltså tillfälliga neutron-protonpar. Bent Schröder övertog ledningen av kärnfotogruppen när MAX-lab blev tillgängligt för experiment.De båda kurvorna som visar produktionen av neutroner  och protoner vid bestrålning av 14C med fotoner kring 60 MeV är identiska. Detta är ett övertygande bevis på kvasi-deuteronmodellens giltighet.En schematisk bild  över hur fotoner med  olika energi påverkar  en atomkärna.  129Roterande kärnor1975 efterträddes Sten von Friesen av Hans Ryde. Rydes intresse var partikelrörelser inne i atomkärnor. En atomkärna kan bringas att rotera genom α-par-tikelbestrålning. När man kommit över rotatations-nivån 14+ minskar energin för att sedan öka igen. Något händer med kärnan vid 16+-kvantalet. Nuk- leonerna inne i kärnan roterar normalt parvis men vid höga rotationsenergier bryts denna koppling av Corioliskraften. År 1972 upptäckte Hans Rydes grupp i Stockholm denna så kallade backbending-effekt hos snabbt roterande kärnor. Nedan: Kärnans tröghetsmoment uppmätt  för olika vinkelhastigheter i kvadrat.Mätningar på rotationsspektra från exciterade Hf och Er kärnor.Hans Ryde  Allt ljus på kärnan 130Nya detektorer Mycket av det vi idag vet om atomkärnan härrör från experiment och mätningar med γ-strålning. Övergången från GM-räknare och NaI(Tl) kristal-ler till Ge-detektorer kombinerat med snabb elek-tronik har gjort det möjligt att mäta gammaspektra med mycket hög energiupplösning. Detta har med-fört mycket ny kunskap om atomkärnor. Kärnstrukturgruppen i Lund har bidragit till denna utveckling. Enastående utveckling av mätning av γ-strålning.Med yrast nivå, för en atomkärna vid ett givet spinn, avses nivån med den lägsta energin för det aktuella spinnet. Det nu interna-tionellt använda begreppet infördes med referens till det svenska adjektivet yr.  131Dagens kärnstrukturforskare Efter Hans Rydes pensionering kom en ny ge-neration kärnstrukturforskare Claes Fahlander (från Uppsala), Dirk Rudolph (från Göttingen) och Joakim Cederkäll (från Stockholm), som studerar allt mer svåråtkomliga nuklider. De söker svaren på frågor som; hur många, eller hur få, neutroner kan existera i en atomkärna med ett givet antal protoner? Hur tung kan en atomkärna bli? Var går den gräns där kärnan blir så instabil att den inte längre existerar?Frågan i bakgrunden är: Hur många grundäm-nen ryms inom det periodiska systemet? Claes Fahlander Dirk Rudolph Joakim Cederkäll Allt ljus på kärnan 132Nytt grundämne 2013 års vetenskapliga rapport från GSI Helmholtz-zentrum für Schwerionenforschung visar en experi-mentuppställning för studium över sönderfallskedjan av isotopen 288-115, som för första gången under-söktes med högupplösande spektroskopiska metoder.  Totalt 30 atomer av grundämnet 115 identifierades under ett tre veckor långt experiment, efter det att  en tunn folie av radioaktivt 243Am hade beskjutits  med 6 triljoner 48Ca strålpartiklar. Experimentet leddes av Dirk Rudolph, och involve-rade inte mindre än 50 medarbetare varav sex knutna till Lund. Nästa kapitel >>Innehållsförteckningen >>

Allt ljus på kärnan : Om hur kärnfysiken utvecklades i Lund med elektrostatiskaacceleratorer, elektronacceleratorer, Ur-MAX, LUSY, MAX-lab och nedslag i tillämpad kärnfysik.

https://lup.lub.lu.se/search/files/120349597/SV_Bok_08_LpK_web.pdf

Allt ljus på kärnan : Om hur kärnfysiken utvecklades i Lund med elektrostatiskaacceleratorer, elektronacceleratorer, Ur-MAX, LUSY, MAX-lab och nedslag i tillämpad kärnfysik.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Lund University Publications