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