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GSI-Nachrichten 03-1999
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Spektakuläre Meldungen über neue Elemente
In den vergangenen 12 Monaten wurden vom
Joint Institute for Nuclear Research in Dubna und vom Lawrence Berkeley National
Laboratory spektakuläre Nachrichten über die Erzeugung neuer Elemente
gemeldet. Dubna gab Ende vergangenen Jahres die Erzeugung des Isotops 289-114
nach Bestrahlung von Plutonium-244 mit Kalzium-48 bekannt. Wenige Monate später
folgte die Meldung über die Synthese des um zwei Neutronen leichteren Isotops
287-114. Noch spektakulärer waren die Nachrichten, die Ende Mai aus Berkeley
eintrafen. Dort waren nach Bestrahlung von Blei-208 mit Krypton-86 drei Zerfallsketten
beobachtet worden, die auf die Erzeugung des Elements 293-118 hindeuten. Falls
sich diese Ergebnisse bestätigen, stellen sie einen geradezu revolutionären
Fortschritt für die Forschung dar. Mehr...
Zerfallsketten der bei GSI synthetisierten Elemente 110, 111
und 112 im Vergleich zu den Berkeley- und Dubna-Daten. Die in Berkeley und
Dubna gemessenen Ketten enden nicht in einem bekannten Gebiet der Nuklidkarte
und lassen somit keine eindeutige Identifikation des neu erzeugten Nuklids
zu. Die einzelnen Füllungen bedeuten: gelb = a-Zerfall, rot = b-Zerfall,
grün = Spaltung, weiß = Zerfallsart unbekannt.
Wie Perlen auf einer Kette
Hochgeladene Ionen, die in Speicherringen
umlaufen, haben der Atom- und Kernphysik neue Felder mit weitreichenden Perspektiven
erschlossen. Beispielhaft hierfür stehen die Präzisionsspektroskopie an wasserstoffähnlichen
schweren Ionen sowie Massenmessungen und Untersuchungen zu den Zerfallseigenschaften
von radioaktiven Nukliden, die zu den Glanzlichtern der jüngsten Forschung
am Experimentierspeicherring (ESR) der GSI gehören. In systematischen Kühlexperimenten
konnte nun auch ein weiteres für Hochenergiespeicherringe bislang nicht
bekanntes Phänomen nachgewiesen werden: der Übergang eines gekühlten Strahls
in einen Coulomb-geordneten Zustand, in dem sich die im ESR umlaufenden Ionen
wie Perlen auf einer Kette bewegen. Mehr...
Elektronenkühler im Experimentierspeicherring. Bei hinreichend
kleinen Teilchenzahlen zeigen gekühlte Ionen im ESR einen Übergang in einen
Coulomb-geordneten Zustand.
Tumortherapie: Erste Ergebnisse der klinischen Studie
Im Dezember 1997 wurden bei GSI die
ersten beiden Patienten mit Ionenstrahlen therapiert. Ein halbes Jahr später,
im Sommer 1998, begannen die klinischen Studien, in deren Rahmen für bestimmte
Indikationen der Vorzug der Ionentherapie gegenüber bisherigen Bestrahlungsmethoden
nachgewiesen werden soll. Mehr...
Neue Tests der QED
Zu den Schwerpunkten im atomphysikalischen
Programm der GSI gehören Präzisionstests der Quantenelektrodynamik (QED)
in starken elektrischen und magnetischen Feldern. Bisher konzentrierten sich diese
Experimente auf Messungen der Bindungs- und Übergangsenergien in hochgeladenen
schweren Ionen sowie auf die Laserspektroskopie der Hyperfeinstruktur in ausgewählten
Systemen. Mit der Bestimmung des elektronischen g-Faktors in wasserstoffähnlichen
Ionen verfügen die Wissenschaftler seit kurzem über eine weitere komplementäre
Methode zur Überprüfung der QED in starken Feldern, die für die
Zukunft ein großes Potenzial verspricht.
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Aufbau des Penning-Fallen-Experiments. Im Inneren des vergoldeteten
Kupferröhrchens erzeugt ein Elektronenstrahl über Stoßionisation die wasserstoffähnlichen
C5+-Ionen. An-schließend werden bei abgeschaltetem Elektronenstrahl alle
geladenen Teilchen bis auf das für die Messung benötigte C5+-Ion entfernt.
Die drei unteren Elektrodenringe bilden die Penning-Falle, in der die Spin-Umklappprozesse
induziert werden. Das Experiment wurde in einer Kollaboration der GSI mit
der Universität Mainz durchgeführt.
CERES misst Leptonenpaare
Zur Untersuchung relativistischer
Schwerionen-Reaktionen am CERN- SPS beteiligt sich die GSI an zwei Experimenten
– CERES/NA45 und NA49. Das CERES-Experiment untersucht Elektron-Positron-Paare
bei niedrigen invarianten Massen. Für mittelschwere und schwere Stoßsysteme
sind in und unterhalb der Massenregion des r-Mesons die Dileptonenraten im
Vergleich zur Erwartung aus hadronischen Zerfällen erhöht, während es bei
protoneninduzierten Reaktionen keine Abweichungen gibt. Mögliche Ursache
ist eine Änderung der Masse der Vektormesonen r und w in dichter heißer Materie,
die mit einer Wiederherstellung der chiralen Symmetrie verbunden ist. Die
experimentelle Auflösung und Statistik werden derzeit verbessert, um den
physikalischen Hintergrund der Massenänderungen aufzuklären.
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CERES/NA45-Dileptonenspektrum für die Reaktion Pb - Au bei
158 A GeV. Die 1996er Daten haben geringere statistische und systematische
Fehler als die 1995er Daten und liegen im Mittel etwas tiefer. Wie bei Abb.
3 ist die Leptonenpaar-Produktion im Bereich unterhalb der r-Masse im Vergleich
zur Erwartung aus dem Zerfall neutraler Mesonen deutlich erhöht.
Komprimierte Ionenpakete für die Plasmaphysik
Zeitlich komprimierte, intensive Pulse
schwerer Ionen sind in der Lage, Materie aufzuheizen und in einen dichten
Plasmazustand zu überführen. Die Untersuchung dieses extremen Zustands von
Materie ist Gegenstand des experimentellen Programms der Plasmaphysik-Gruppe
der GSI. Mehr...
Bei GSI entwickelte Kavität zur Erzeugung von kurzen intensiven
Einzelpulsen im SIS. Die blauen Ringe deuten die aus VITROVAC gefertigten
weichmagnetischen Bänder an, die als induktive Last fungieren. Durch die
hohe Sättigungsfeldstärke kann in der Mitte der Kavität die erforderliche
hohe Spannung von über 40 kV erzeugt werden. Gleichzeitig lassen sich die
durch Ummagnetisierung hervorgerufenen Leistungsverluste minimieren. Durch
Reihenschaltung von sechs dieser Kavitäten wird eine Gesamtspannung von etwa
240 kV erreicht, mit der die SIS-Strahlpulse auf eine Länge von 50 ns komprimiert
werden können.
Trägheitsfusion mit Schwerionenstrahlen
Falls sich die Intertialfusion als
eine wettbewerbsfähige Alternative zur Energiegewinnung erweist, könnten
Ionenbeschleuniger langfristig eine wichtige Rolle für den Energieversorgungsmarkt
spielen. Die Zündung eines Fusions-Pellets wird durch den Einsatz leistungsfähiger
Laser nach aller Voraussicht in den nächsten zehn Jahren gelingen. Dagegen
bleibt die Entwicklung eines geeigneten Treibers mit hoher Effizienz und
Wiederholungsrate, der für eine wettbewerbsfähige Energiegewinnung unentbehrlich
ist, eine technologische Herausforderung. Nach den gegenwärtigen Vorstellungen
sind Schwerionenbeschleuniger die vielversprechendste Option für den Bau
eines solchen Treibers.
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HIDIF-Szenario für den Schwerionentreiber für die Inertialfusion.
Am Anfang (links oben) das Injektorsystem, bestehend aus zahlreichen Ionenquellen
und RFQ-Vorbeschleunigern, deren Strahlen über sogenannte Trichter-Systeme
zusammengeführt und dann in den Linearbeschleuniger eingeschossen werden.
Der Linearbeschleuniger liefert Ionen mit einer Energie von 10 GeV. Die Strahlpulse
werden in Zwischenspeicherringe transferiert, die in zwei Stapeln übereinander
liegen (je nach Auslegung jeweils 3 bis 6 Ringe). Nach der Extraktion werden
die Strahlpulse mit einer Gesamtenergie von 3 MJ räumlich und zeitlich fokussiert
auf das Fusionstarget gelenkt, um das D+T-Gemisch zur Zündung zu bringen.
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