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3. Die Produktion und Separation
Eine wesentliche Voraussetzung fur die Untersuchung kernphysikalisch relevanter Fragestellungen ist die Verfugbarkeit
von Strahlen der verschiedensten Kerne. Mit den bislang angewandten Methoden beschrankten sich
die Experimente (einen Uberblick liefert etwa [Roe92]) auf ca. 2500 Nuklide [Ant92], uberwiegend nahe der
-Stabilitat einschlie lich der 263 stabilen Isotope. Dies ist jedoch nur etwa die Halfte der ca. 6000, nach
theoretischen Vorhersagen erzeugbaren Kerne [ArM88].
Eine gro e Anzahl dieser Nuklide lassen sich mit verschiedenen Kernreaktionen produzieren [Bro89]. Die wichtigsten
Reaktionstypen sind: Fusion, Transfer, Neutroneneinfang, Spallation durch hochenergetische Protonen
und die Projektilfragmentation.
Hier soll die Produktion exotischer Kerne durch die Projektilfragmentation stabiler Isotope eingehender betrachtet
werden. Mit ihr lassen sich { bis auf die Transurane und sehr neutronenreiche Kerne { viele der oben
erwahnten ca. 2500 Nuklide erzeugen. Durch sie hat sich der Bereich der bekannten Kerne durch die Entdeckung
bislang unbekannter Isotope bis zum heutigen Tage standig erweitert [WeD92, WeD94, BeC94, ScF94].
Bei allen oben zitierten Methoden ist man auf eine weitgehende Trennung der Reaktionsprodukte durch geeignete
Techniken angewiesen, die im allgemeinen auf die spezi sche Kinematik der Reaktion zugeschnitten sind. Eine
Ausnahme bildet hier lediglich die chemische Analyse und die Trennung in ISOL{Systemen [Rav87, RaA89],
die obwohl generell anwendbar, allerdings den Nachteil haben, da sie nur auf Nuklide mit Lebensdauern im
Bereich von typischerweise 10 ms bis 1 s beschrankt sind. Die PFIS-Methode (Projectile Fragment Isotopic
Separation) nutzt die gunstige Reaktionskinematik bei der Projektilfragmentation schwerer relativistischer Ionen
zur isotopenreinen, e zienten raumlichen Separation und Identi kation der Isotope im Fluge, unabhangig von
ihren chemischen Eigenschaften. Mit Ihr lassen sich auch noch sehr kurzlebige Isotope untersuchen, wenn deren
Lebensdauern gro er ist als die typischen Flugzeiten von einigen 100 ns im Spektrometer. Ihre Anfange gehen
zuruck auf Experimente am BEVALAC [SyV79, WeS79]. Sie wurden in den darauf folgenden Jahren erfolgreich
im Mittelenergiebereich von bis zu 100 A MeV an den Beschleunigeranlagen von GANIL [AnB87, MuA91],
RIKEN [KuI91] und MSU [HaN81, CuH86, ShB90, ShM91, MoB91] etabliert und weiterentwickelt.
Ein Beispiel fur den erfolgreichen Einsatz dieser Methode in neuerer Zeit ist der Fragmentseparator der Gesellschaft
fur Schwerionenforschung Darmstadt, der im Oktober 1990 in Betrieb genommen wurde [GeA92]. Wie in
diesem Abschnitt gezeigt werden soll, ist es mit diesem neuen Instrument moglich, exotische Fragmentstrahlen
fernab der -Stabilitat bis hin zum schwersten naturlich vorkommenden Element Uran zu produzieren, isotopenrein
zu separieren und im Fluge ereignisweise wahrend des Experimentes zu identi zieren. Die separierten
exotischen Sekundarstrahlen konnen sowohl direkt am FRS an einem der 4 Strahlfoki, als auch amExperimentier{Speicherring
(ESR) [Fra87] bzw. an den Einrichtungen in der Targethalle [Ala89, EmL89, FrL91,
KrH93, Kra94, KrB94] untersucht werden (vergl. Abb. 3.1). In naher Zukunft wird es auch moglich werden,
den im FRS produzierten und im ESR " gekuhlten\, d.h. in Winkel- und Impulsbreite stark reduzierten Sekundarstrahl
[KlB92, GeB92] wieder in das SIS [Bla89] zu injizieren und erneut zu beschleunigen, um ihn als
neuen Primarstrahl weiteren Experimenten zur Verfugung zu stellen [Fra87].
Der Fragmentseparator ist ein hochau osendes Vorwartsspektrometer, das aus vier symmetrisch angeordneten
Dipolsektionen mit einer dispersiven Mittelebene besteht. Seine Funktionsweise ist in ihrer Art vollkommen
auf die ionenoptischen Eigenschaften der Fragmente aus der Projektilfragmentation abgestimmt. Die ionenoptische
Separation wird nach derB%{ E{B%-Methode vorgenommen. Die Grundlagen hierfur wurden bereits
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