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3. Die Produktion und Separation
Abb. 3.1
(Seite 23)
Der Projektil-Fragmentseparator (FRS) der Gesellschaft fur Schwerionenforschung
(GSI) als Teil der Beschleuniger- und Experimentiereinrichtungen in der neuen Targethalle.
Der Strahl vom Linearbeschleuniger UNILAC wird uber den Transferkanal
aus der alten Experimentierhalle in das Schwerionensynchrotron (SIS) injiziert. Die
maximale Energie betragt hier ca. 40 A MeV. Nach mehreren Umlaufen im Ringbeschleuniger
wird der Strahl je nach Masse und Ionisationsgrad mit Energien bis
maximal 1.2 A GeV { entsprechende der maximalen magnetischen Stei gkeiten von
ca. 18 Tm { extrahiert und kann alternativ an mehreren Stellen in der sich anschlie
enden Experimentierhalle genutzt werden: Am Eingang des Fragmentseparators
tri t er auf ein Produktionstarget in dem durch Fragmentation relativistische
Sekundarstrahlen produziert werden. Nach Separation in dem zweistu gen magnetischen
Spektrometer konnen die selektierten " exotischen\ Isotope amAusgang des
FRS zu Experimenten genutzt werden. Zum Anderen konnen sie nach Einschu in den
Experimentier-Speicherring (ESR) gekuhlt werden und entweder dort untersucht oder
nach Reinjektion in das SIS beschleunigt und zu weiteren experimentellen Zwecken
abermals extrahiert werden. Uber alternative Strahltransportstrecken kann der Strahl
auf direktem Wege { unter Umgehung des FRS { entweder dem ESR oder anderen
Experimentierstellen in der neuen Targethalle zugeleitet werden: Hier ist vor allem
das Kaonen-Spektrometer " KAOS\ [Sen93], der 4 Detektorplatz mit dem Magnetspektrometer
" ALADIN\ [Ala89] und der Neutronen-Wand " LAND\ [LaF90] sowie
der Bestrahlungsplatz fur biologische Experimente [KrH93] zu nennen.
bei mittleren Energien erfolgreich angewandt [AnB87, KuI91, ShB90, BlM91]. Wird der FRS als Impulsverlustachromat
[ScH87] betrieben, so sind die horizontalen Positionen der Teilchen in drei verschiedenen Ebenen
besonders wichtig (vergl. auch Abb. 4.2, Seite 28):
Im Produktionstarget am Eingang des Spektrometers werden die durch dasSchwerionensynchrotron SIS gelieferten
Projektile fragmentiert. Eine gute ionenoptische Au osung der Gesamtapparatur und eine gute Trennung
der Fragmente erfordern es, den Strahl auf einen moglichst kleinen Strahl eck zu fokussieren.
In der dispersiven Mittelebene (S2) werden die Fragmente mit der Kernladungszahl Z und der Massenzahl A
nach ihrer magnetischen Stei gkeit (B%), d.h. nach ihremVerhaltnis von Impuls p und Ladung q, sortiert.
B % = p
q =
mc
q
=
1u
1c 1e
A
Q
[Tm] (3.1)
Hierin wurde die Ionenmasse durch A1u genahert, wobei 1 u = 931.5012 MeV die atomare Masseneinheit
nach [CoW83] ist. Die Ionenladung Q wird in Einheiten der Elementarladung e angegeben und c steht fur die
(Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit.
Da die Breite der Geschwindigkeitsverteilung fur Fragmente in der Nahe des Projektils gering und der gro te Teil
der Fragmente bei den am FRS verwendeten Energien vollstandig ionisiert ist, entspricht dies im wesentlichen
einer Selektion nach dem Massen-Kernladungsverhaltnis A=Z. Die Au osung des Systems hangt in der ersten
Stufe von der Impulsbreite der Ionen ab.
In dieser Ebene (S2) passieren die Fragmente eine speziell geformte Materieschicht, den intermediaren Abbremser.
In ihm erfahren sie einen Energieverlust, der im wesentlichen proportional ist zum Quotienten aus dem
Quadrat der Kernladung des Fragments und seiner Geschwindigkeit (bzw. Energie). Es gilt die Bethe-Bloch
Beziehung fur den spezi schen Energieverlust:
22
; dE
dx =
Z 2
P
4 %NAmec 2 r 2 ZT
e
AT
ln
2mec 2 2 2
I
; 2 ; 2
(3.2)