ENGINEERINGNET.BE - Thoriumklokken zijn gebaseerd op een specifieke verschijningsvorm van dit element, namelijk thorium-229m.
Deze vorm is uitermate bijzonder en zelfs uniek op de nuclidenkaart. Voor de overgang van thorium-229 naar thorium-229m is heel weinig energie nodig.
Thorium-229m kan daardoor met een laser op basis van deze straling uit thorium-229 worden bekomen. Deze overgang vormt precies de basis van het tikken van de ‘thoriumklok’.
In een experiment in het Europese deeltjeslaboratorium CERN, in Genève, heeft een internationale groep fysici, geleid door KU Leuven, nu de ultraviolette straling kunnen detecteren die wordt uitgezonden bij de omgekeerde overgang, wanneer thorium-229m spontaan terugvalt naar zijn grondtoestand, thorium-229.
Daarmee hebben de onderzoekers een primeur beet, want voor het eerst konden ze het proces waarnemen dat de thoriumklok doet tikken. Ook konden ze de energie van de overgang nauwkeurig bepalen, door de golflengte van de uitgezonden straling te meten.
De primeur vond plaats in het ISOLDE-faciliteit, een van de oudste labo’s van het CERN. Daar wordt al tientallen jaren geëxperimenteerd met bundels radioactieve, instabiele deeltjes. De onderzoekers kwamen op het idee om thorium-229m op een radicaal andere manier te gaan aanmaken, op basis van het radioactieve element actinium.
"Deze methode kan enkel worden toegepast in gespecialiseerde labo’s zoals ISOLDE", zegt promovendus Sandro Kraemer van KU Leuven. "Een belangrijk voordeel is dat er veel minder achtergrondstraling is. Bij de uraniummethode belemmert dit de detectie van de ultraviolette straling."
Nadat het thorium-229m was aangemaakt, werden de kernen ingeplant in kristallen. "Dit maakt het mogelijk om veel thoriumkernen in een betrekkelijk klein volume samen te brengen", zegt Van Duppen.
"Zo is het in de toekomst mogelijk om kleine kernklokken te maken." Zo’n miniatuur-kernklok zou onder meer interessant zijn voor gps-satellieten, die daardoor nog preciezer posities op het aardoppervlak kunnen bepalen. Een kernklok kan ook andere toepassingen hebben, bijvoorbeeld in de fundamentele fysica.
"In een kernklok spelen naast de elektromagnetische kracht ook de twee kernkrachten een rol. Daardoor zijn het op zich uitstekende laboratoria om deze drie fundamentele krachten, en hun interacties met de materie, te bestuderen", aldus Van Duppen.
