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GSI-Nachrichten 03-1997
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IUPAC verabschiedet Namen für schwere Elemente
GSI-Vorschläge für die Elemente 107 bis 109 akzeptiert
Traditionsgemäss dürfen die Entdecker eines neuen chemischen Elementes
dieses auch benennen. Bei den sehr schweren, künstlich erzeugten
Elementen jenseits der Ordnungszahl 100 gab es insbesondere zwischen
Forschergruppen aus Berkeley in Kalifornien und aus Dubna bei Moskau
Diskussionen um die Priorität der Entdeckung. Dadurch existierten zum
Teil verschiedene Namensvorschläge für ein und dasselbe Element.
Mit dem Ziel, eine allgemein akzeptierte Benennung der Elemente mit
den Ordnungszahlen 101 bis 109 zu erreichen, befasste sich eine
internationale Arbeitsgruppe - die Transfermium Working Group - in den
Jahren 1986 bis 1992 zunächst mit der Prioritätsfrage. Dies geschah im
Auftrag der beiden internationalen Vereinigungen für reine und
angewandte Chemie und Physik (IUPAC und IUPAP).
Nach einer kritischen Bewertung der Elemententdeckungen der letzten 30 Jahre
hat die Transfermium Working Group den Forschern der GSI um Peter Armbruster,
Gottfried Münzenberg und Sigurd Hofmann eindeutig die Entdeckung der Elemente
mit den Ordnungszahlen 107, 108 und 109 zugesprochen, die in den Jahren 1981
bis 1984 erstmals nachgewiesen wurden. Daraufhin haben die Wissenschaftler der
GSI im September 1992 ihre Namensvorschläge für diese Elemente bei der IUPAC
eingereicht.
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Blick in die Wideroe-Struktur des UNILAC
Cherenkov-Detektoren identifizieren schwere Ionen
Der Einsatz von
Cherenkov-Detektoren gestattet eine besonders effiziente Identifikation
radioaktiver Kerne am Fragmentseparator der GSI. Das neue Verfahren
wurde von einer Gruppe der TU München entwickelt und vor kurzem
erfolgreich erprobt. Am Fragmentseparator (FRS) der GSI wird die
Methode der Projektilfragmentation und Coulombspaltung sehr erfolgreich
eingesetzt, um kurzlebige radioaktive Kerne zu erzeugen und für weitere
Experimente als Sekundärstrahl zur Verfügung zu stellen.
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Die Abbildung zeigt die typische ringförmige
Intensitätsverteilung des Lichtes, die von einem einzelnen Fragment
produziert wurde, das den Radiator des RICH-Detektors mit der
Geschwindigkeit v/c = 0,845 durchquert hat.
Erzeugung intensiver Strahlpulse im SIS ermöglicht Fortschritte in der Plasmaphysik
Hydrodynamische Expansion für ein Bleitarget beobachtet
Vor kurzem haben die Beschleunigerphysiker der GSI einen neuen
Beschleunigungsmodus für das Synchrotron erprobt, der der Plasmaphysik
erheblich bessere Experimentiermöglichkeiten eröffnen wird. Dabei
wurden die im SIS beschleunigten Ionenpakete zu einem intensiven
'Bunch' mit einer Pulslänge von etwa 250 Nanosekunden umgeformt.
Nach Beschuss dünner Bleiplättchen mit diesen komprimierten
Ionenpaketen konnte erstmals für ein metallisches Target
hydrodynamische Expansion beobachtet werden. Im Inneren des
Bleiplättchens wurden Temperaturen von mehreren Tausend Kelvin und
Drücke von einigen Hundert Kilobar erreicht, was einer Steigerung
gegenüber den bisherigen Experimenten um fast eine Grössenordnung
entspricht. In Verbindung mit dem Intensitätserhöhungsprogramm werden
mit dem neuen Verfahren Targettemperaturen von mehr als Hunderttausend
Kelvin und Drücke von einem Megabar erreichbar sein.
Erste Targetexperimente mit einem einzelnen Ionenpuls, bestehend aus 12 Milliarden
Argonionen bei 300 MeV/u Strahlenergie. Gezeigt ist die schematische Anordnung
des Experimentes, die Pulsform des Ionenstrahles am Target, gemessen mit einem
schnellen Strahltransformator, und die hydrodynamische Expansion des Bleitargets
nach 32 Mikrosekunden.
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Erste Targetexperimente mit einem einzelnen Ionenpuls, bestehend
aus 12 Milliarden Argonionen bei 300 MeV/u Strahlenergie. Gezeigt ist die schematische
Anordnung des Experimentes, die Pulsform des Ionenstrahles am Target, gemessen
mit einem schnellen Strahltransformator, und die hydrodynamische Expansion des
Bleitargets nach 32 Mikrosekunden.
Schwere Ionen im Laserlicht
Prüfstand
für die Quantenelektrodynamik in starken Feldern
Speicherringe für schwere Ionen, wie der Experimentierspeicherring ESR der GSI,
haben in den letzten Jahren eine Vielzahl von völlig neuen Experimentiermöglichkeiten
eröffnet. Eine davon ist die Laserspektroskopie an schweren Ionen, die mit hoher
Geschwindigkeit im Speicherring umlaufen. Bei diesen Experimenten profitiert
man von der Schmalbandigkeit des Laserlichtes, die eine hochpräzise Spektroskopie
erlaubt. In vielen Fällen vereinfacht die hohe Ionengeschwindigkeit die Anwendung
des Lasers. Ganz analog zur Hörempfindung eines Autofahrers, der bei Annäherung
an eine Schallquelle eine höhere und beim Entfernen von ihr eine tiefere Frequenz
wahrnimmt, wird hier für die Absorption des Lichtes eine Verschiebung zu kürzeren
bzw. längeren Wellenlängen bewirkt.
Im ESR ist diese Dopplerverschiebung so gross, dass sichtbares Licht
für die umlaufenden Ionen bei Einstrahlung in bzw. entgegen ihrer
Bewegungsrichtung als infrarotes bzw. ultraviolettes Licht erscheint.
In Verbindung mit dem Elektronenkühler, der die für
Präzisionsexperimente erforderliche Strahlqualität des umlaufenden
Ionenstrahles liefert, ist es möglich, das ganze Potential der
Laserspektroskopie auf schnell bewegte Ionen im ESR anzuwenden.
Ein besonderes Interesse gilt dabei der Präzisionsspektroskopie der
Hyperfeinstrukturaufspaltung in wasserstoffähnlichen schweren Ionen.
Diese Messungen gestatten es erstmals, die Quantenelektrodynamik (QED),
die quantenphysikalische Theorie der elektromagnetischen
Wechselwirkung, im Bereich extrem starker elektrischer und magnetischer
Felder zu überprüfen - einem Bereich, der nur mit hochgeladenen,
schweren Ionen erschlossen werden kann.
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Einblick in das ESR-Laserlabor: zur Anregung des
Hyperfeinüberganges in wasserstoffähnlichem 207Pb81+ wurde das grüne
Licht eines frequenzverdoppelten Nd:YAG Lasers in Flugrichtung der
Ionen eingestrahlt. Bei diesem System konnte der Übergang auch
gleichzeitig in Gegenrichtung angeregt werden. Hierzu wurde das grüne
Licht des Nd:YAG Lasers in einem sogenannten
Optisch-Parametrischen-Oszillator (OPO) in einen roten und einen
infraroten Strahl umgewandelt
Relativistische Strahlen exotischer Kerne
Ein leistungsfähiges Werkzeug der Kernstrukturphysik
Die Erzeugung von exotischen Kernen an den Grenzen und jenseits des
Gebiets der heute bekannten Kerne und das Studium ihrer Eigenschaften
haben bei GSI eine lange Tradition. Das bekannteste Beispiel hierfür
sind die Experimente zur Synthese der schwersten Elemente mit den
Ordnungszahlen 107 bis 112. Neben der Struktur solcher exotischer Kerne
stehen astrophysikalische Fragestellungen, wie zum Beispiel die
Elementsynthese in den Sternen, im Mittelpunkt dieser Untersuchungen.
Das wichtigste Arbeitspferd für diese Experimente ist seit der
Erweiterung der GSI-Anlagen durch das Synchrotron SIS der
Fragmentseparator, an dem relativistische Strahlen exotischer Kerne
erzeugt und isotopenrein abgetrennt werden können. In Verbindung mit
dem Experimentspeicherring ESR und den verschieden
Experimentiereinrichtungen in der Targethalle wurden dadurch
einzigartige Forschungsmöglichkeiten für die Kernstrukturphysik
eröffnet, die im Zuge des Intensitätserhöhungsprogramms noch erheblich
erweitert werden. Die GSI wird damit ihre Stellung als eines der
weltweit führenden Labors für radioaktive Sekundärstrahlen noch weiter
ausbauen können.
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Im Eintritt des Fragmentseparators - der
Targetstation - können insgesamt 75 Targets mit unterschiedlicher Dicke
und Elementzusammensetzung eingebaut werden. Mit
Schrittmotorsteuerungen kann jedes der scheibenförmigen Targets, die
einen Durchmesser von zwei Zentimeter haben, millimetergenau in den
Ionenstrahl gefahren werden. Der Targethalter kann, falls es notwendig
ist, ferngesteuert ausgetauscht werden.
Auf dem Weg zu höheren Intensitäten am Synchrotron
Die Perspektiven für die kommenden Jahre
Die Intensitätserhöhung für das Schwerionensynchrotron SIS gehört zu den
laufenden Prioritätsvorhaben der GSI. Das Projekt basiert auf einem
mehrgliedrigen Programm, das neben Neu- und Weiterentwicklungen an den
vorhandenen Beschleunigeranlagen den Einbau eines Elektronenkühlers in
den SIS-Ring und die Ersetzung der Wideroe-Sektion des UNILAC durch
neue, leistungsfähigere Linearbeschleunigerstrukturen beinhaltet.
Hierüber wurde ausführlich in den GSI-Nachrichten 6/96 berichtet.
Der Fortschritt der Arbeiten verläuft seither im wesentlichen
planmässig. Bereits seit Anfang des Jahres befindet sich der
Elektronenkühler, der in grossen Teilen vom Budker-Institut für
Kernphysik (BINP) in Novosibirsk gefertigt wurde, bei der GSI. Auch für
den neuen Hochstrominjektor sind bereits zahlreiche Komponenten
eingetroffen. Die RFQ-Sektion ist vormontiert und wird gegenwärtig
bezüglich ihrer Hochfrequenzeigenschaften vermessen.
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Elektronenkühler für das SIS: Gegenwärtig wird ein
Elektronenkühler für das SIS zum Einbau vorbereitet. Die Anlage wurde
in Zusammenarbeit mit dem Budker-Institut in Novosibirsk aufgebaut. Sie
wird Anfang 1998 am SIS installiert und ab April in Betrieb genommen.
Damit soll zum einen die Strahlqualität im SIS verbessert und zum
anderen die Intensität für schwere Ionen erhöht werden. Das Bild zeigt
die Vermessung der Magnete nach Anlieferung aus Novosibirsk.
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