Neues Konzept für einen fortschrittlichen Fragmentseparator
Die Atomphysik ist eine Wissenschaft, die sich hauptsächlich auf Experimente gründet. Fortschritte auf diesem Gebiet sind daher stark davon abhängig, ob es gelingt, die Leistungsfähigkeit der Anlageninstrumentierung zu verbessern. Angesichts der Vielfalt der nuklearen Phänomene und der entsprechenden Längen- und Energiemaßstäbe, bei denen wir sie beobachten, ist leicht einzusehen, dass viele fortschrittliche Versuchsinstrumentierungen eingesetzt werden müssen und stets Bedarf an innovativen Entwicklungen herrscht. Beschleuniger, Detektoren und die zugehörigen Elektronik- und Datenerfassungssysteme bilden hier seit jeher die Grundlage für große Erfindungen. In diesem Kontext arbeitet ein Konsortium von Universitäten und Forschungszentren aus fünf europäischen Ländern an einem Projekt, dessen Ziel die Entwicklung einer fortschrittlichen neuen Versuchsanlage für Reaktionsstudien mit relativistischen radioaktiven Ionenstrahlen am GSI-Laboratorium in Darmstadt ist. Eines der Unterprojekte ist die Entwicklung eines Systems, das Techniken zum innovativen Handling von Strahlen ermöglicht. Konkret besteht das Ziel darin, ein Supraleitungssystem mit großer Energie- und Winkelakzeptanz zur Separation hochenergetischer Kernspaltungsfragmente zu entwickeln. Gegenwärtig wird bei Experimenten der kernphysikalischen Grundlagenforschung auf dem Gebiet der subatomaren Teilchen ein hochenergetisches Teilchen auf ein dünnes Target geschossen, das dort in einer nuklearen Reaktion eine Fragmentierung verursacht. Die nuklearen Reaktionsprodukte werden auf ihrer Bahn separiert und als Sekundärstrahl zum Experiment transportiert. Nach dem neuen Konzept diffundiert der Sekundärstrahl aus radioaktiven Atomen aus dem hochgradig radioaktiven Target in die Ionenquelle, wo die Atome zur weiteren Beschleunigung im Nachbeschleuniger ionisiert werden. Die Separation der Fragmente ist von großer Bedeutung, da die Strahlqualität die Ergebnisse des Experiments beeinflussen kann. Das neue System liefert eine exzellente Strahlqualität, denn es gestattet eine vollständige Kontrolle der Strahlenergie und der Einwirkungsdauer. Das System wurde mit mathematischen Modellen nach der Monte Carlo-Methode getestet. Wie sich dabei zeigte, erreicht es im Vergleich zum bestehenden Versuchsaufbau einen um mehr als eine Größenordnung höheren Separationswirkungsgrad für Sekundärstrahlen. Das Separationssystem wird ein wesentlicher Bestandteil der weltweit einzigartigen Versuchsanlage sein. Die Experimente, die damit durchgeführt werden sollen, werden unser Wissen in der Atomphysik, der Astrophysik und den angewandten Wissenschaften weit über die heutigen Grenzen hinaus ausdehnen.
