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27.10.2015 | Giersch-Excellence-Award 2015 an Paul Scharrer, Doktorand am Helmholtz Institut Mainz

Ch. Düllmann, GSI

Paul Scharrer

 

Paul Scharrer, wurde mit dem "Giersch Excellence Award" für eine herausragende wissenschaftliche Doktorarbeit in den letzten Jahren ausgezeichnet und wird in die Graduiertenschule Giersch aufgenommen. Scharrer ist Doktorand in der Abteilung Superschwere-Elemente-Chemie am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung.

Das Thema seiner Doktorarbeit ist die Untersuchung von Elektronenabstreifprozessen (Stripping) beim Durchgang von Schwerionen mittlerer Geschwindigkeit durch gasförmige Medien. Das Verständnis solcher Prozesse ist eine wesentliche Grundlage für die Untersuchung superschwerer Elemente in gasgefüllten Separatoren, wie TASCA bei GSI, an dem die Elemente 114, 115 und 117 untersucht, sowie empfindliche Suchexperimente nach den neuen Elementen 119 und 120 durchgeführt wurden. Eine andere Anwendung der Stripping-Technologie ist die Produktion hochgeladener Ionen, wie sie idealerweise für die Beschleunigung an der GSI-, sowie künftig an der FAIR-Beschleunigeranlage verwendet werden. Im Zentrum von Paul Scharrers Arbeit steht die Erzeugung hochgeladener Ionen schwerer Projektile, die an Beschleunigerzentren in aller Welt verwendet werden. Typischerweise werden solche Projektile, z.B. 238U, in relativ niedrigen Ladungszuständen (4+ an der GSI) erzeugt. Damit sind sie nur schlecht für die Beschleunigung auf hohe Energien geeignet. Nach Erreichen einer Energie von 1.4 MeV/u in der ersten Beschleunigerstufe des GSI UNILACs entzieht man den Ionen in einer gasgefüllten Wechselwirkungszone Elektronen, wodurch sich ihr Ladungszustand erhöht.

Gemeinsam mit seinen Kollegen von der Abteilung SHE Chemie an der GSI und am HIM, sowie dem Projektbereich Linac and Operations (L&O) innerhalb von FAIR@GSI hat Paul Scharrer einen neuen Gasstripper entwickelt, der speziell für den FAIR-Injektor Betrieb mit sehr geringem Tastverhältnis (kleiner als 0.03%) ausgelegt wurde. Der neue Aufbau basiert auf gepulster Einspritzung, die nur während des Strahldurchgangs Gas injiziert. Dadurch konnte die Gaslast massiv verringert werden; die Gasdichte während des Strahltransits ist allerdings trotz der beschränkten Pumpkapazität und der strikten Vakuumanforderungen der angrenzenden Beschleunigersektionen deutlich höher als im alten Aufbau. Zusätzlich können neben dem bisher verwendeten Stickstoff auch unterschiedlichste andere Gasarten verwendet werden. Theoretische Untersuchungen von Prof. V. Shevelko, Lebedev Physical Institute in Moskau, Russland, der in den vergangenen Jahren mehrere Monate Gastwissenschaftler am HIM war, wurden durch systematische Messungen an der GSI bestätigt: Sie zeigten, dass ein gepulster Wasserstoffstripper, mit dem Elektronen wesentlich effektiver abgestreift werden können, am leistungsfähigsten sein sollte. Im Rahmen der durchgeführten Wasserstoff-Stripperuntersuchungen wurde am GSI UNILAC ein neuer Intensititätsrekord für 238U28+ erreicht, der mehr als 50% über dem bisherigen erreichten Wert liegt. Die gemessene Strahlbrillianz, die ein Maß für die Qualität des Ionenstrahls darstellt, entspricht bereits mehr als 65% des FAIR-Designwertes. Bei noch höherer Wasserstoffdichte, wie sie in kommenden Messungen verwendet werden soll, können perspektivisch für viele Ionen noch höhere mittlere Ladungszustände erreicht werden. Daneben eröffnet die neu entwickelte Stripping-Technologie auch die Möglichkeit, durch pulsweisen Wechsel zwischen unterschiedlichen Gasen, spezifisch optimierte Bedingungen für unterschiedliche Projektile der beiden Ionenquellen des GSI-Hochstrominjektors anbieten zu können. "Dies erhöht die Flexibilität der gesamten GSI-Beschleunigeranlage und ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu FAIR" erläutert Dr. Winfried Barth, Leiter des GSI Projektbereichs LINAC&Operations und stellvertretender Abteilungsleiter der HIM-Sektion ACID. Christoph Düllmann, Professor an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Leiter der Abteilung SHE Chemie bei GSI und HIM fügt hinzu: "Paul Scharrers Arbeit zeigt eindrücklich die enge Verknüpfung von Grundlagenforschung, z.B. zur Produktion und Untersuchung der superschweren Elemente, und darauf basierenden technischen Fortschritten, die manchmal in Gebieten zur Anwendung kommen, die auf den ersten Blick ziemlich weit voneinander entfernt scheinen".


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Paul Scharrer
Paul Scharrer vor der Gasstrippersektion des UNILAC-Beschleunigers an der GSI.
Ch. Düllmann, GSI