Ein neuer Million-Kanal-Analysator für komplexe kernspektroskopische Studien und seine Anwendung für Messungen zum $\beta$-Zerfall von $^{149}$PR

Abstract

Die kernspektroskopische Untersuchung von neutronenreichen Kernen ist eine der Möglichkeiten zur Gewinnung von neuen Erkenntnissen über die Kernstruktur und Kernsystematik. Für die Erzeugung von neutronenreichen Isotopen im Bereich mittlerer Massen ist die Kernspaltung von $^{235}$U mittels thermischer Neutronen eine sehr effektive Methode. Die dabei erzeugten Kerne weisen eine breite Massen- und Kernladungsverteilung auf. Für die kernspektroskopische Untersuchung ist daher eine Trennung der interessierenden Nuklide aus dem bei der Spaltung entstandenen Gemisch erforderlich. Am Forschungsreaktor FRJ-2 (DIDO) der Kernforschungsanlage Jülich (KFA) erfolgt die Trennung der Spaltprodukte im gasgefüllten Separator JOSEF ($\underline{J}$ülich $\underline{O}$n-line $\underline{SE}$parator for $\underline{F}$ission products). Dieses Gerät trennt die Spaltprodukte sowohl nach ihrer Masse als auch nach ihrer Kernladung und hat geschwindigkeits- und ionenladungsfokussierende Eigenschaften. Bei Experimentiereinrichtungen dieser Art werden wegen der sehr linienreichen Spektren der separierten Nuklide und wegen der komplexen Zeitabhängigkeit ihrer Aktivität auch an die Datenerfassung und -verarbeitung hohe Anforderungen gestellt. Bedingt durch die Kosten des Experimentes, die auch durch die Integration in den Reaktorbetrieb verursacht werden, ist es in erster Linie wichtig, alle interessierenden Daten zu erfassen. Für die Auswertung dieser Daten kommen wegen der Fülle der Daten und der Komplexheit der Verarbeitung nur größere Rechenanlagen in Frage, beidenen häufig erst nach mehreren Tagen die endgültigen Ergebnisse greifbar sind. Deshalb ist eine Vorverarbeitung und Vorauswertung der anfallenden Daten direkt am Experiment von größter Wichtigkeit für die laufende Oberprüfung der Datenerfassung. Für die Ermittlung von Häufigkeitsverteilungen der vom Experiment gemessenen Parameter wird üblicherweise ein Vielkanalanalysator eingesetzt. Die Besonderheiten des am Separator JOSEF durchzuführenden Meßprogramms machen ein System wünschenswert, bei dem die Zahl der Kanäle um mehrere Größenordnungen über denen von kommerziell erhältlichen Vielkanalanalysatoren liegt. Dieser Wunsch hat unter Anwendung moderner Technologien zur Entwicklung des Million-Kanal-Analysators MECCA ($\underline{ME}$ga $\underline{C}$hannel $\underline{C}$AMAC $\underline{A}$nalyzer) geführt. Durch sinnvolle Kombination von Hardware-Techniken und Software-Verfahren wurde ein Analysator mit 1 048 576 Kanälen realisiert, dessen Kernstück eine rotierende Magnet-Trommel mit CAMAC-Instrumentierung und PDP-11-Steuerrechner ist. Wenn auch der Anstoß zur Entwicklung dieses Systems von konkreten Anforderungen kam, so wurde beim Entwurf doch Wert auf eine universelle Verwendbarkeit einer solchen Apparatur gelegt. Zur Demonstration der vollen Funktionsfähigkeit des fertiggestellten Systems wurde nach seiner Inbetriebnahme der $\beta$-Zerfall von $^{149}$Pr untersucht. Für den bei diesem Zerfall entstehenden Kern $^{149}$Nd lagen nur sehr spärliche kernspektroskopische Daten vor. Andererseits besteht aber andiesem Kern ein spezielles Interesse, da er sich im übergangsgebiet zwischen sphärischen und stark deformierten Kernen befindet. Es wurden 82 $\gamma$-Linien gefunden, die diesem Zerfall zuzuordnen sind. Aus dem Zeitverhalten der Intensität einiger dieser $\gamma$-Linien wurde die Halbwertszeit des $\beta$-Zerfalls von $^{149}$Pr bestimmt. Anschließend wurde ein Niveauschema für $^{149}$Nd aufgestellt, das 24 angeregte Zustände enthält. In dieses Schema wurden 54 von den gemessenen Linien mit Hilfe von 72 nachgewiesenen Koinzidenzen eingeordnet