Mysterium Tantal: Woher kommt es?

News: Mysterium Tantal: Woher kommt es?

Um den Ursprüngen des seltensten natürlichen Isotops Tantal-180 auf die Schliche zu kommen, haben Wissenschaftler eine relativ große Menge dieser Substanz Bedingungen ausgesetzt, die denen in sterbenden Sternen gleichen. Doch die vollständige Lösung des Mysteriums bleibt einmal mehr ungeklärt, da das meiste Tantal-180 unter Gammastrahlenbeschuß sofort zerfiel.

Niemand weiß, wie Tantal-180 entsteht. Das Metall Tantal ist das seltenste Element, das wir kennen, und sein Isoptop ¹⁸⁰Ta macht selbst nur 0,012 Prozent des natürlichen Vorkommens aus. Bei keiner der bekannten Zerfallsreihen ensteht dieses Isotop. Und dies ist nicht das einzig ungewöhnliche an den Teilchen. Normalerweise befinden sich Atomkerne in einem Zustand niedrigster Energie, dem Grundzustand. Nur wenn sie energetisch angeregt werden, gehen sie für wenige Nanosekunden in einen Zustand höherer Energie über, bis sie unter Aussendung eines Photons zurückfallen.

¹⁸⁰Ta hingegen liegt normalerweise in einem energetisch angeregten Zustand vor. Damit es in den Grundzustand wechselt, muß der Kern einen Großteil seiner Drehimpulsenergie abgeben, erklärt Andreas Zilge von der Technischen Universität Darmstadt. Doch ist es sehr unwahrscheinlich, daß ein Atom soviel Energie in Form eines einzigen Photons freisetzt. Die Halbwertszeit eines solchen Übergangs liegt demzufolge bei etwa einer Trillion Jahre. Ein daraus hervorgehender niedrigenergetischer ¹⁸⁰Ta-Kern lebt dann nur wenige Stunden, bis er zu Hafnium zerfällt.

Genau diese Eigenschaft sei ideal, um die Herkunft des Isotops zu ergründen, meinte eine Gruppe deutsch-amerikanischer Physiker. Dafür lieh sie sich den Weltvorrat an ¹⁸⁰Ta vom Oak Ridge National Laboratory in Tennessee: etwa 6,7 Milligramm in 150 Milligramm Tantaloxid. Unter der Annahme, daß ¹⁸⁰Ta, ähnlich wie andere schwere Elemente, während des Todeskampfes von Sternen entsteht, bestrahlten es die Wissenschaftler mit hochenergetischer Gammastrahlung. Die Energiezufuhr versetzte die Atome in einen noch angeregteren Zustand. Unter Aussendung mehrerer Photonen, die alle nur einen Teil der Drehimpulsenergie trugen, konnten sie dann in den Grundzustand wechseln. Die Gruppe zählte dann, wieviele der Kerne zerfallen waren. So konnten sie die Anzahl der ¹⁸⁰Ta-Atome ermitteln, die ein Photon emittiert hatten, und damit die Empfindlichkeit des Isotops auf hochenergetische Strahlung.

Die Messungen der Forschergruppe zeigen, daß die Gammastrahlung eines sterbenden Sterns das meiste ¹⁸⁰Ta zerstören würde, während es sich noch bildet (Physical Review Letters vom 20. Dezember 1999). Es sei denn, es käme in die äußeren und kälteren Bereiche des Sterns. Somit vermutet Zilge eine andere Herkunft: Möglicherweise stammt das Tanatal-Isotop von der unbekannten Zerfallreihe einer angeregten Form des Hafniums ab.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 21.9.1999
"Isotope – gut und preiswert "
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 3/97, Seite 44
"Kosmische Strahlung höchster Energie"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)