Institut f ur Kernphysik Technische Hochschule ... - GSI WWW-WIN

B. Ein Flugzeitdetektor zur Untersuchung
der Spaltung exotischer Kerne
Im folgenden Kapitel soll die Entwicklung eines Experimentieraufbaus zur Untersuchung der Spaltung exotischer
Kerne am FRS beschrieben werden. Im Hinblick auf diese Fragestellung wird zuerst der physikalische
Hintergrund dargestellt und dann die notwendigen technischen Uberlegungen zur Verwirklichung der Messung
angestellt. Weitergehende Informationen zu diesem Thema ndet man in [Hei94, Roh94].
Ein erstes Experiment zurUntersuchung der Spaltung exotischer Kerne in inverser Kinematik wurde bereits
durchgefuhrt [Hei94, ScH94]. Aus dieser Messung ergab sich die Notwendigkeit fur den Aufbau eines gro -
achigen Flugzeitdetektors. Eine Reihe von Voruntersuchungen wurden von C. Rohl [Roh94] durchgefuhrt. Der
Hauptteil des technischen Aufbaus und der Auslegung unter Beachtung der durch das Experiment gestellten
Anforderungen wurden im Rahmen der vorliegenden Dissertation geleistet. In einem zweiten Spaltexperiment
1.0 A GeV 238 U(RUN30) [Gre] konnte der neue Detektor dann mit Erfolg eingesetzt werden.
B.1 Die physikalische Zielsetzung des Spaltexperimentes
Die Messung von Spaltwahrscheinlichkeiten aus der Niederenergiespaltung schwerer Kerne { mit niedriger Anregungsenergie
(E < 20 MeV) und kleinem Drehimpuls { sowie von Massen- bzw. Kernladungsverteilungen der
Spaltprodukte liefert wertvolle Informationen uber das dynamische Verhalten kalter Kernmaterie, insbesondere
uber den Ein u von quantenmechanischen Strukture ekten auf ihre dynamische Entwicklung vom Compoundkern
bis zum Sattelpunkt. Liegt die Anregungsenergie dagegen wesentlichhoher als die Spaltbarriere, so verlieren
die Schalene ekte zu Gunsten der Tropfcheneigenschaften an Ein u bis schlie lich die symmetrische Spaltung
uberwiegt.
Beispiele gemessener Fragment-Massenverteilungen von Kernen im Bereich 98 Z 105 sind in Abb. B.1 dargestellt.
Man erkennt den au erordentlich starken Ein u der Kernstruktur auf diese Me gro e. In einigen Fallen
unterscheiden sich sogar schon die Verteilungen von Nachbarisotopen stark voneinander.
Die Untersuchung der Niederenergiespaltung war bisher { wegen des Einsatzes der spaltenden Kerne als Targetmaterial
in neutronen- [Cro77] bzw. photoneninduzierter Spaltung [CaD80, Web90] bzw. bei Transfer- oder
Fusionsreaktionen mit leichten, geladenen Teilchen [KoS74, Itk89] { auf stabile oder langlebige radioaktive
Kerne in der Nahe des stabilen Tales mit Lebensdauern bis hinunter zum Bereich einiger Stunden beschrankt
(vergl. Abb. B.2). Das Neutron-zu-Proton-Verhaltnis konnte somit nur in geringem Umfang variiert
werden.
Diese Beschrankungen sind nunmehr erstmals entfallen.
Die Fragmentation von 238 U{Projektilen aus dem Schwerionensynchrotron SIS18 der GSI mit anschlie ender
Trennung im Fragmentseparator (FRS) [GeA92] ermoglicht die Herstellung isotopenreiner Sekundarstrahlen
mit Energien von einigen hundert MeV pro Nukleon [ScH94] uber einen weiten Bereich der Nuklidkarte.
Dies ist die Vorsaussetzung fur die Untersuchung von Spaltwahrscheinlichkeiten sowie Kernladungs- und
-massenverteilungen der Spaltprodukte nach Niederenergiespaltung in dem experimentell bisher nicht zuganglichen
Bereich von neutronenarmen Kernen mit 80 Z 92 und insbesondere von kurzlebigen Kernen im Bereich
126