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GSI-Nachrichten 01-1998
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Premiere bei der Tumortherapie
- Pilotstudie erfolgreich gestartet
Erstmals in Europa wurden im Dezember
1997 am Schwerionenbeschleuniger der GSI Tumorpatienten mit einem Strahl hochenergetischer
Kohlenstoffionen behandelt. Zwei Neuentwicklungen, das Rasterscan-Verfahren zur
präzisen Applikation der Strahlendosis und die Kontrolle der Strahlung mit Gamma-Kameras
kamen dabei zum Einsatz.
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Vor der Bestrahlung. Der Kopf der Patientin wird durch
eine Maske millimetergenau fixiert. Oberhalb und unterhalb sind die PET-Kameras
zu erkennen, im Hintergrund links das Monitorsystem zur Überwachung des Strahls
(ockerfarbenes Quadrat).
Dielektrische Rekombination - Spektroskopie
doppelt angeregter atomarer Zustände
Alle chemischen Elemente, die schwerer
als Eisen sind, entstehen nach dem heutigen Verständnis der chemischen Elementsynthese
im Verlauf von Supernova-Explosionen. Dabei herrschen gewaltige Temperaturen,
so daß die neu gebildeten Atome nahezu vollständig ionisiert sind. Wie fangen
diese hochgeladenen Ionen ihre Elektronen ein, um in neutrale Atome überzugehen?
Welche Elementarprozesse spielen dabei eine Rolle? Diese Fragen können mit dem
Experimentierspeicherring ESR und seinem Elektronenkühler untersucht werden.
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Die im ESR gespeicherten lithiumähnlichen Goldionen treffen
im Elektronenkühler auf Elektronen, die dabei in einen gebundenen Zustand mit
der Hauptquantenzahl n eingefangen werden können. Trägt man den Ratenkoeffizienten,
der den Einfangquerschnitt gefaltet mit der Relativgeschwindigkeit der Elektronen
angibt, gegen deren Relativenergie auf, so zeigt sich eine Serie von Resonanzen,
die durch dielektronische Rekombination zustande kommt.
Die Kunst, mit einzelnen Ionen
gezielt zu schießen - Erzeugung von Mikrostrukturen
Klassische Werkzeuge zum Fräsen und Bohren
werden in der Mikrosystemtechnik mehr und mehr durch Strahlen und Chemie abgelöst.
Immer kleinere Strukturen will man immer schneller und preisgünstiger herstellen
- da ist die Idee berechtigt, auch schwere Ionen auf Einsatzmöglichkeiten und
Verwendbarkeit für neue Mikrotechnologien zu testen.
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Hermann von Helmholtz - nach einem Photo mit einzelnen
Ionen (Nickel, 3,6 MeV pro Nukleon) in Polykarbonatfolie geschrieben. Nach der
Bestrahlung mit der Mikrosonde, die etwa eine halbe Minute in Anspruch nimmt,
wurden die Spuren durch Ätzen sichtbar gemacht.
Seltsame Teilchen
als Sonden komprimierter Kernmaterie
Wie reagiert Kernmaterie, wenn man sie
komprimiert und erhitzt? Welche Rolle spielen seltsame Teilchen in dichter und
heißer Kernmaterie? Ändern Teilchen unter solchen extremen Bedingungen ihre Eigenschaften?
Die Antworten auf diese Fragen sind von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis
der starken Wechselwirkung und haben darüberhinaus große Relevanz für astrophysikalische
Themen, z.B. die Frage: Unter welchen Bedingungen entsteht nach der Explosion
einer Supernova ein Neutronenstern, wann ein schwarzes Loch? Zwei Teilchen, das
Kaon K+ und sein Antiteilchen, das Antikaon K-, spielen dabei eine wichtige Rolle.
Am Synchrotron der GSI in Darmstadt lassen sich Schwerionenstöße untersuchen,
bei denen Kaonen entstehen. Mit Hilfe eines Magnetspektrometers ist es möglich,
Anzahl, Energie und Emissionswinkel der produzierten Kaonen zu bestimmen. Dabei
erhält man nicht nur Aufschluß über Zustand und Eigenschaften der Kernmaterie,
sondern auch erste Hinweise darauf, daß sich die nukleare Umgebung auf die Kaonenmassen
auswirkt. Das zunächst erstaunliche Resultat, daß in heißer, dichter Kernmaterie
wesentlich mehr Antikaonen produziert werden als man erwartet, zeigt interessante
Perspektiven auf.
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Das Kaonenspektrometer registriert den Impuls des Kaons,
sein Emissionswinkel, die Zentralität des Stoßes, die Gesamtzahl der an der Reaktion
beteiligten Nukleonen und die Orientierung der Reaktionsebene im Raum. Das Spektrometer
bestimmt den Impuls und die elektrische Ladung des Teilchens über dessen Ablenkung
im Magnetfeld und den Ort seines Auftreffens in der Fokalebene. Die Geschwindigkeit
wird durch die Messung von Flugzeit und Flugbahn festgelegt. Aus diesen Größen
ergibt sich die Ruhemasse und damit die Identität des Teilchens.
Spaltexperimente
mit Sekundärstrahlen
Die Kernspaltung ist ein besonders dramatischer
Prozeß der kollektiven Bewegung von kalter Kernmaterie. Während sich die Kernform
grundlegend ändert, müssen sich die einzelnen Nukleonen in ihren quantenmechanischen
Zuständen dieser Bewegung anpassen. Auch nach fast 60 Jahren intensiver Forschung
versteht man das komplexe Wechselspiel von kollektiver Bewegung unter dem Einfluß
der auseinandertreibenden elektrischen Kräfte und von Einzelbewegung der Nukleonen
nicht vollständig. Ein Grund dafür liegt in der begrenzten experimentellen Information
über den Kernspaltungsprozeß. Bisher waren nur etwa 15% der spaltbaren Kerne für
Spaltexperimente zugänglich, weil man neben Spontanspaltern nur genügend langlebige
Kerne untersuchen konnte. Am Fragmentseparator der GSI ist es nun erstmal möglich,
durch die Verwendung von Sekundärstrahlen die Spalteigenschaften von kurzlebigen
Kernen zu untersuchen.
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Übersicht der bisher untersuchten Massen- und Elementverteilungen
in der Niederenergiespaltung, dargestellt auf einer Nuklidkarte. Die blauen Kreise
bezeichnen alle Kerne, deren Massenverteilungen in früheren Experimenten bei Anregungsenergien
unter 10 MeV über der Spaltbarriere gemessen wurden. Beispielhaft sind für einige
Kerne die Massen- bzw. Elementverteilungen dargestellt. Die neu untersuchten Kerne
sind durch grüne Kreuze gekenzeichnet.
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