Institut f ur Kernphysik Technische Hochschule ... - GSI WWW-WIN

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
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