Ein Ziel der modernen Physik ist die experimentelle Beobachtung des neutrinolosen Doppelbetazerfalls (0nbb). Unter den wenigen in der Natur vorkommenden Nukliden ist 76-Ge ein möglicher Kandidat an denen dieser Prozess unter anderem mit dem Experiment GERDA nachgewiesen werden soll. Die extrem geringe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer 0nbb-Umwandlung ist mindestens zehn Größenordnungen kleiner ist als die des Beta-Zerfalls von 115-In mit einer Halbwertszeit von 4,41x10^14 Jahren, einem der seltensten in der Natur beobachteten Kernumwandlungen. Die dafür erforderliche hohe Detektions Sensitivität wird unter anderem vom Messuntergrund bestimmt, dessen genaue Kenntnis für die Auswertung der Messdaten erforderlich ist. In dieser Arbeit wurden neutronenphysikalische Studien an Germanium durchgeführt, die essentielle Lücken in diesem Kenntnisstand schließen.
Neutronen können durch direkte Wechselwirkung mit Germanium sowie der umgebenden Materie des Detektors oder indirekt durch Aktivierung Zählereignisse hervorrufen. Für das Verständnis des damit verursachten Untergrundes wurde der Neutronenwechselwirkungsquerschnitt 70-Ge(n,3n)68-Ge, das Anregungsschema von 76-Ge und der energieabhängige Anregungsquerschnitt für einige dieser Zustände untersucht. Der mangelhafte Messdatenbestand für natürlich vorkommende Germaniumisotope wird dabei entscheidend verbessert.
Um die Untersuchung des 76-Ge Anregungsschemas und den Zugang zu einer Palette weiterer Experimente zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein leistungsfähiges, sehr speziellen Anforderungen entsprechendes Rohrpostsystem entwickelt und im Neutronenlabor der TU Dresden installiert.
Ein weiteres neutronenphysikalisches Experiment untersucht den bisher unbeobachteten Elektroneneinfang von 76-As. Dadurch wird eine Möglichkeit gezeigt die oftmals nur mit theoretischen Modellen zugänglichen und mit großen Unsicherheiten behafteten Übergansmatrixelemente experimentell zu bestimmen. Diese spielen bei der Auswertung von Experimenten zum Doppelbetazerfall, insbesondere des Experimentes GERDA, eine entscheidende Rolle. / One goal of modern physics is the experimental observation of the neutrinoless double beta decay (0nbb). Among the few naturally occurring nuclides 76-Ge is one candidate to which this process is to verify, amongest others with the GERDA experiment. The extremely low probability of occurrence for a 0nbb-decay is of at least ten orders of magnitude smaller than that of the Beta-decay of 115-In, one of the rarest beta transitions observed in nature with a half-life of 4.41x10^14 years. Thefore a high detection sensitivity is required, wich depends among other things on the measuring background. Its exact knowledge is necessary for the evaluation of the measuring data. In this work neutron-physical studies were performed on germanium aiming to close the essential gaps in this state of knowledge.
Neutrons can cause counting events by direct interaction with germanium and the surrounding matter of the detector or indirectly by activation of any of these materials. For understanding of those background signals, the neutron interaction cross section 70-Ge(n,3n)68-Ge, the levelsceme and the energy-dependent excitation cross section of 76-Ge has been investigated. The lack of data inventory for natural germanium has been improved significantly.
To enable the investigation of the 76-Ge level sceme and the access to a range of other experiments, a powerful, very special requirements corresponding pneumatic tube system was developed and installed in scope of this work at the neutron laboratory of the TU Dresden.
Another neutron physics experiment examined the so far unobserved electroncapture of 76-As. This shows one way to determine transition matrix elements experimentally, which is often only accessible through theoretical models and prone to large uncertainties. These Matrix elements play a crucial role in the analysis of experiments on double beta decay, in particular the GERDA experiment.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:27463 |
| Date | 30 May 2013 |
| Creators | Domula, Alexander Robert |
| Contributors | Zuber, Kai, Schönert, Stefan, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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