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4. Die Experimente
4.4 Die Bestimmung der Kernladung
Beim Durchgang durch Materie nden durch Elektroneneinfangprozesse und Ionisationen standig Umladungen
der Ionen statt. Ladungszustande erschweren jedoch wegen Mehrdeutigkeiten in der magnetischen Analyse die
Trennung und Identi kation der Fragmente (vergl. Abschnitt 5). Deshalb setzt man am Endfokus Detektoren
ein, die eine Energieverlustmessung erlauben uber die die Kernladung der Teilchen zusatzlich bestimmt werden
kann. Da der spezi sche Energieverlust jedoch auch etwas von der Ionenladung abhangig ist, konnen auch bei
dieser Messung Schwierigkeiten in der Zuordung auftreten. Im allgemeinen machen sich solche E ekte bei den
hier verwendeten Detektoren jedoch nur bei schweren Strahlen (Uran) mit niedriger Energie (unter 300 A MeV)
storend bemerkbar. In diesen Fallen werden fur die unterschiedlichen Ladungszustande eines Isotopes verschiedene
Pulshohen gemessen, was dann zu Mehrdeutigkeiten fuhrt, wenn mehrere Nuklide unterschiedlicher
Kernladung gleichzeitig durch den Separator gelassen werden.
In den hier vorgestellten Experimenten wurden zwei Vielfachionsationskammern (mit leicht unterschiedlichem
mechanischem Aufbau) (MUulti Sampling Ionisation Chamber, MUSIC) [PfV90, San87] eingesetzt. Der aktive
Querschnitt der Detektoren betragt 200 200 mm 2 ,dieLange des aktiven Volumens 400 mm. Sie werden mit P10{
Gas unter Atmosparendruck imDurch u betrieben. In ihnen werden die von den Fragmenten verursachten
Ionisationen uber eine Strecke von 40 cm mit in Strahlrichtung viergeteilten Anoden gemessen (vergl. Abb. 4.11).
Wegen der au erordentlichen Emp ndlichkeit der Gasverstarkung auf Verunreinigungen des Zahlgases durch
Sauersto und Wasserdampf mussen die Detektoren mindestens einen Tag vor Beginn des Experimentes mit
Zahlgas gespult werden, um eine Drift der Signale aus diesem Grunde wahrend der Messungen zu vermeiden.
Wie sich aus spateren Messungen ergab, schwankt die Impulshohe der Energieverlustsignale jedoch auch noch
merklich mit den sich andernden Druck- und Temperaturbedingungen infolge von Wetteranderungen. Aus diesem
Grunde werden seit einiger Zeit auch noch diese beiden Parameter direkt in der Detektorkammer gemessen
und wahrend des Experimentes mit auf Band geschrieben.
Die Beweglichkeit der Ladungstrager im Zahlgas ist eine Funktion der Gasart, des Gasdruckes und der elektrischen
Feldstarke. Um maximale Driftgeschwindigkeiten der Elektronen zu erreichen, wurden die Ionisationskammern
wahrend der hier vorgestellten Experimente mit einer Anodenspannung von +650 Volt und einer
Kathodenspannung zwischen -4000 und -4500 Volt betrieben. Es hat sich gezeigt, da besondere Sorgfalt hinsichtlich
der " Brumm\-Freiheit der Hochspannungsversorgung der Kathode zur Erzielung bester Au osungen
wesentlich ist, weshalb hier die Modelle " NU 352 A\ von Nucletron zum Einsatz kamen, die in unmittelbarer
Nahe der Detektoren aufgebaut wurden. Die demgegenuber etwas unemp ndlichere Anodenspannung wird aus
der FRS-Me hutte i.a. aus CAEN-Standardmodulen (Typ " SY-127/A 430\) bzw. aus " em 1013\ von Emmetron
bezogen.
Die Auslese der vier Anodensektionen ist getrennt uber jeweils einen ladungsemp ndlichen Vorverstarker CFTA
[Foh] in unmittelbarer Nahe der Kammern realisiert. Das (langsame) Energie-Ausgangssignal wurde mittels
Hauptverstarker des Types em-1003 von Emmetron bzw. 2011 von Canberra verarbeitet. Systematische Untersuchungen
der Abhangigkeit der Breite der Energieverlustsignale des Primarstrahles von der " Shaping/Peaking\-
Zeit des eingesetzten Hauptverstarkers zwischen 0.5 und 16 s ergaben, da die besten Resultate fur beide
Kammern bei den kleinsten Werten erzielt werden.
Das (schnellere) Zeit-Ausgangssignal des Vorverstarkers wurde mittels Zeit-Filter Verstarker mit Integrationsund
Differentiationskonstanten von jeweils 200 ns des Typs FL8000 von GSI und Constant-Fraction-Discriminatoren
des Typs 1326-D von Canberra mit einer Verzogerung von 300 ns bzw. CF8200 von GSI in digitale
Signale umgewandelt. Diese dienten als Stopp-Signale fur die Messung der Driftzeiten an den einzelnen Anoden
mittels Zeit-Amplituden Wandler des Typs TC-862 von Tennelec im Bereich von 10 s. Die zugehorigen
Start-Signale wurden vom ortsemp ndlichen Szintillatordetektor in unmittelbarer Nahe der Ionisationskammern
geliefert. Die typische Driftzeit der im Gasvolumen erzeugten Elektronen zur Anode betragt ca. 2 s. Dadurch
und durch Raumladungse ekte ergibt sich eine obere Grenze der zu verarbeitenden Zahlrate von ca. 5000 Ionen
pro Sekunde.
Die Energieverlust- und die Flugzeitinformation zusammen erlauben eine weitere, von der Separationscharakteristik
der zweiten Separatorstufe unabhangige Bestimmung der Kernladung. Die Informationen aus den Energieverlustsignalen
in der Ionisationskammer lassen sich jedochnicht ohneweiteres direkt verwerten: es sind
Korrekturen der Signalhohe auf den Eintritts-Ort (x,(y)) in den Detektor sowie auf die Impulsbreiten p der
Isotope notwendig.
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