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