Konzeption eines kryogenen Penningfallenaufbaus für SHIPTRAP und Massenbestimmungen von Radionukliden um den Z = 82 - Schalenabschluss an ISOLTRAP

Mit den Penningfallen-Massenspektrometern SHIPTRAP/GSI und ISOLTRAP/CERN können präzise Massenbestimmungen von instabilen, exotischen Nukliden durchgeführt werden. Folgende Nachweismethoden werden vorgestellt: die destruktive Flugzeitmethode (TOF-ICR) und die zerstörungsfreie Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-Methode (FT-ICR). An SHIPTRAP sind Experimente an transuranen Elementen geplant. Ihre niedrigen Erzeugungsraten stellen jedoch eine Limitierung für experimentelle Untersuchungen dar. Der empfindliche FT-ICR-Nachweis erlaubt eine Identifizierung der gespeicherten Ionen sowie die Massenbestimmung an einem einzelnen, einfach geladenen und schweren Ion. Ziel dieser Arbeit war es, ein solches System aufzubauen. Es besteht aus einer mit flüssigem Stickstoff gekühlten Vakuumapparatur in der Bohrung eines supraleitenden Magneten mit einem System aus zwei Penningfallen - Reinigungsfalle und Messfalle - und einem flüssig Helium-Dewar zum Betreiben einer supraleitenden Induktivität, die für den hochempfindlichen Nachweis notwendig ist. An ISOLTRAP erfolgt der Nachweis der resonanten Anregung der Zyklotronfrequenz mit der Flugzeitmethode. Es wurden die atomaren Massen der Radionuklide 145,147 Cs, 181,183,186m,187x,196m,205 Tl, 187,187m,197,208 Pb, 190-197,209,215,216 Bi, 203,205,229 Fr und 214,229,230 Ra experimentell bestimmt. Die relative Massenunsicherheit beträgt typischerweise einige 10E-8. Die Messergebnisse wurden in die Datentabelle der "Atomic Mass Evaluation" integriert und eine atomare Massenanpassung durchgeführt. Die Separationsenergien zeigen den erwarteten globalen Trend, allerdings werden bei den Thallium- und Quecksilberisotopen Abweichungen vom linearen Verlauf beobachtet. Diese können auf unerwartete Kernstruktureffekte hindeuten, wie sie auch in kern- und laserspektroskopischen Experimenten beobachtet wurden