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Inhaltsverzeichnis B. Ein Flugzeitdetektor zur Untersuchung der Spaltung exotischer Kerne 126 B.1 Die physikalische Zielsetzung des Spaltexperimentes :::::::::::::::::::::::::126 B.2 Experimenteller Aufbau :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::129 B.3 Anforderungen an den Flugzeitdetektor ::::::::::::::::::::::::::::::::136 B.4 Voruntersuchungen { bisher erreichte Au osungen ::::::::::::::::::::::::::141 B.5 Auswahl der Bauteile ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::144 B.6 Der Einsatz im Experiment :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::145 Literaturverzeichnis 155 Abbildungsverzeichnis 171 Tabellenverzeichnis 176 A. Tabellen 178 B. Technische Aufbauten 190 C. Betriebsbedingungen der Photomultiplier 195 D. Der Leuchtdioden-Monitor 201 D.1 Aufbau und Funktionsweise des LED-Monitors ::::::::::::::::::::::::::::202 D.2 Die Voruntersuchungen :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::202 E. Der Ein u verschiedener Kabelqualitaten 208 F. Technische Zeichnungen zu den Detektoren 210 2 F.1 Der Eichszintillator am Produktionstarget ::::::::::::::::::::::::::::::210 F.2 Die Szintillationsdetektoren in der Mittelebene und am Endfokus des FRS ::::::::::::211 F.3 Ein vakuumtauglicher Szintillationsdetektor :::::::::::::::::::::::::::::213 F.4 Die Flugzeitwand am FRS :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::225 Danksagung 238 Eidesstattliche Erklarung 239
1. Einleitung Die Untersuchung exotischer Kerne und die dadurch mogliche Weiterentwicklung von Kernmodellen ist ein wichtiges Aufgabengebiet der Kernphysik. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse haben teilweise starken Ein u auf angrenzende Gebiete, wie etwa auf die Astrophysik, Biophysik, Medizin und Materialwissenschaft: Aus astrophysikalischer Sicht ist die Kenntnis der vielfaltigen Wechselwirkungen schwerer Kerne mit interstellarer Materie und der Verlauf des r- und rp-Prozesses bei der Elementsynthese in Sternen Voraussetzung fur die Aussagekraft von Modellen, die die Entstehung einzelner Sterne, Galaxien sowie des gesamten Universums beschreiben. In der Biophysik haben kernphysikalische Techniken Anwendungen in der Therapie von Krebsformen gefunden, die anderweitig nur schwer oder garnicht zu behandeln sind. Als Grundlage dieser Behandlungen dienten Untersuchungen von Reparaturmechanismen der Zellen nach Bestrahlung mit leichten Ionen. Auch eine di erenziertere Bewertung des Strahlenrisikos bei beru ich strahlenexponierten Personen erscheint somoglich. In der Materialwissenschaft hat die Lithogra e mit schweren Ionen neue Wege ero net. In der Halbleitertechnik konnen damit immer feinere Strukturen erzeugt werden. Speziell die Untersuchung der peripheren nuklearen Kollision, die bei relativistischen Energien die hau gste Wechselwirkungsart darstellt, ist hinsichtlich technischer Anwendung besonders interessant. Als Fragestellungen erscheinen etwa die " Produktion von radioaktiven Sekundarstrahlen\, die Entwicklung neuer Methoden zur Energiegewinnung, wie z.B. das " Zunden der Kernfusion\ mitSchwerionenstrahlen oder auch { in neuerer Zeit {die " Verbrennung nuklearen Abfalls\. Auch die Untersuchung der Eigenschaften der (kalten) Kernmaterie an sich, insbesondere dabei zutage tretende Strukturen, die Suche nach neuenSchalenabschlussen { neue, schwere Elemente, doppelmagische Kerne wie 100 Sn { oder die Entdeckung seltener Kernzerfalle stehen im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Mit dem Fragment-Separator (FRS) der Gesellschaft fur Schwerionenforschung GSI in Darmstadt steht seit kurzer Zeit ein neuer, einzigartiger Apparat zur Produktion von radioaktiven Sekundarstrahlen relativistischer Projektilfragmente zur Verfugung. Mit ihm sind vielfaltige prazise Untersuchungen der Charakteristika exotischer, radioaktiver Sekundarstrahlen moglich. Sie betre en das Verstandnis des Produktionsmechanismus an sich als auch die daraus resultierenden Eigenschaften der produzierten Kerne. Der Stand des theoretischen Verstandnisses der Fragmentationsreaktion wird in einem einleitenden Abschnitt dieser Arbeit dargestellt. Alle am FRS durchzufuhrenden Experimente erfordern die genaue Kenntnis der Zusammensetzung und der Eigenschaften des Sekundarstrahles, d.h. der Kernladungs- und -massenzahl, des Ionisationsgrades, der raumlichen sowie der Winkel- und Impulsverteilung und der Intensitat der produzierten Isotope. Ein Teil der apparativen Voraussetzungen und der Nachweistechnik fur Sekundarstrahlen wurde im Rahmen dieser Arbeit gescha en. Der Einsatz in einer ionenoptischen Apparatur stellt dabei besonders hohe Anforderungen und verlangt ein speziell angepa tes Detektorsystem. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit werden deshalb die technischen und methodischen Entwicklungen aus vielen, in den vergangenen Jahren am FRS durchgefuhrten Experimenten zusammengefa t. Die Anwendbarkeit verschiedener Methoden zur Selektion und Identi zierung der am FRS erzeugten schweren relativistischen Projektilfragmente bei den unterschiedlichen Anforderungen verschiedenster Experimente werden untersucht. Dazu wird auf die Trennung der produzierten Isotope mittels dreier Verfahren eingegangen. Experimente mit Sekundarstrahlen konnen nur dann durchgefuhrt werden, wenn realistische Abschatzungen uber die zu erwartenden Strahl-Intensitaten verfugbar sind. Man benotigt zu diesem Zweck ein Modell, das in der Lage ist, selbst seltene Prozesse { mit Wirkungsquerschnitten im Bereich von einigen Picobarn { mit 3
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4. Die Experimente fur die ionenopt
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5. Die Identi zierung 56 Abb. 5.1 T
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5. Die Identi zierung dE / Z2 v 2 /
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5. Die Identi zierung 62 Abb. 5.5 T
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5. Die Identi zierung 66 Abb. 5.8 F
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5. Die Identi zierung 68
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6. Die Produktionswirkungsquerschni
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6.2 Messung und Korrekturen Gau -Ve
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6.2 Messung und Korrekturen Abb. 6.
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NSE zu der Anzahl der Projektile NP
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6.2.3 Die Normierung Zahl der Proje
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Ionenoptische Transmission 6.2 Mess
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Die Pu er/Scaler 6.2 Messung und Ko
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6.2 Messung und Korrekturen 85
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6.4 Die Diskussion der Ergebnisse 6
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6.4 Die Diskussion der Ergebnisse A
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6.4.2 Die Anregungsenergieverteilun
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Abb. 6.13 6.4 Die Diskussion der Er
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6.4.3 Das N/Z-Verhaltnis. 6.4 Die D
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7. Die Parallelimpulse 7.1 Das Prin
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7.2 Die Korrekturen 7.2 Die Korrekt
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7.3 Die Probleme bei der Identi kat
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Abb. 7.4 7.4 Die Diskussion der Erg
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7.4 Die Diskussion der Ergebnisse B
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unerwunschter Fragmentationsprodukt
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Teil III Anhang
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A. Entwicklung und Anwendung eines
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B. Ein Flugzeitdetektor zur Untersu
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Literaturverzeichnis [BaB86a] G. Ba
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Literaturverzeichnis [Bro94] T. Bro
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Literaturverzeichnis [Fra87] B. Fra
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Literaturverzeichnis [Han91] E. Han
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Literaturverzeichnis [MaG94] A. Mag
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Literaturverzeichnis [ScD82] K.-H.
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Literaturverzeichnis [SuW93] K. Sum
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Literaturverzeichnis [WeG76] G.D. W
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Abbildungsverzeichnis 172 5.1 Trenn
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Abbildungsverzeichnis 174 B.17 Ener
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Tabellenverzeichnis 176 4.1 Paramet
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A. Tabellen 178
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A. Tabellen 180 Fragmentations-Wirk
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B. Technische Aufbauten 190 Abb. B.
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C. Betriebsbedingungen der Photomul
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D. Der Leuchtdioden-Monitor D.1 Auf
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D. Der Leuchtdioden-Monitor 204 Abb
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D. Der Leuchtdioden-Monitor Es wurd
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F. Technische Zeichnungen zu den De
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