Aufgaben

Die Produktion von Targets für den Einsatz im Schwerionenstrahl stellt eine typische Aufgabe der wissenschaftlich-technischen Infrastruktur da. Abhängig  vom Bedarf des Experimentes werden genauso Standardtargets auf Standardrahmen hergestellt wie auch neue Konzepte von der ersten vagen Idee an begleitet und mit entwickelt, jeweils in enger Zusammenarbeit mit den anderen Abteilungen der Infrastruktur und natürlich den Menschen am Experiment.
Die Aufgaben teilen sich dabei vor allem in drei Bereiche auf: dem Beschaffen der Materialien, der Herstellung der Targets und der Charakterisierung und Vermessung von Targets, Degradern, Fenstern oder Ähnlichem.

1. Beschaffen der Materialien:

Wir beschaffen die angereicherten Isotope für Targets oder die Ionenquellen, außerdem Sondermaterialien, wie  z.B. Beryllium oder hochreine Metallfolien für Fenster oder Backings. Schon im Vorfeld der Experimente stehen wir beratend zur Verfügung und holen Informationen ein über Verfügbarkeit, Preis, Lieferzeiten, Bearbeitbarkeit oder typische Verunreinigungen von Materialien.

Wir führen jeweils gegen Anfang eines neuen Jahres in Zusammenarbeit mit dem Einkauf eine Sammelausschreibung sämtlicher wahrscheinlich benötigter Isotope durch, so dass die Materialien dann übers laufende Jahr nach Bedarf von dem jeweils günstigsten Angebot abgerufen werden können. Wir bitten deshalb alle Experimente, uns die Art des Isotops zusammen mit dem Anreicherungsgrad  und der Menge mitzuteilen, die für die gewünschte Strahlzeit benötigt werden. Außerdem hätten wir auch gerne Informationen über die Isotope, die in Proposals genannt oder bei konkreten Experimentplanungen diskutiert werden. Jedes Isotop, dass später einzeln gekauft werden muss, hat eine längere Beschaffungszeit und bedeutet einen sehr viel höheren Aufwand für uns.

2. Herstellung der Targets:

Die Herstellung der Targets erfolgt bei dünnen Schichten durch Abscheiden von Materialien mittels thermischem Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen oder Sputtern, bei dickeren Schichten durch Kaltwalzen und bei Massivtargets durch Trennen, Läppen und Polieren.

Wir präparieren Schichten über einen großen Dickenbereich von einigen hundert nm bis zu einigen cm. Durch die Herstellungsverfahren unterscheiden wir die Targets wie folgt:

  • Massivtargets:
    Dickschichten von weniger als 1 mm bis zu einigen cm werden durch Trennen, Läppen und Polieren hergestellt. Hier wird vor allem großer Wert auf die Planparallelität der Flächen und die Qualität der Politur gelegt. Für viele Materialien kann eine Oberflächenrauhigkeit besser als 0,1 µm erreicht werden. Typische Beispiele sind die Targets am Fragmentseparator (FRS) oder das Pionenproduktionstarget am HADES-Experiment. Pulverförmige Materialien wie z.B. die meisten Oxide können in Pillen unterschiedlicher Dicke und Durchmesser gepresst werden.

  • Walztargets:
    Dünne Schichten, die durch Kaltwalzen hergestellt werden, sind zwischen einigen mm und etwa einem halben µm dick. Diese Targets werden im Sandwichverfahren zwischen gehärteten Edelstahlblechen mit einer Standardlaborwalze sukzessive auf die gewünschte Enddicke gewalzt. Es ist auch eine Walze  in einer Handschuhbox vorhanden, so dass auch Walztargets aus empfindlichen Materialien wie z.B. Kalzium, Uran oder Seltenen Erden unter Schutzgas produziert werden können.

  • Dünnschichten:
    Dünnschichten, d.h. Schichten dünner als µm werden durch Aufdampfen oder Sputtern hergestellt. Wenn Targets so dünn benötigt werden, dass sie sich aus den gewünschten Materialien nicht mehr mechanisch bearbeiten lassen, scheidet man sie auf löslichen Zwischenschichten auf Glasträgern oder direkt auf Metallfolien ab. Beim Auflösen der Zwischenschicht in einem flüssigen Lösungsmittel bzw. dem Wegätzen der Trägerfolie schwimmt die Dünnschicht auf und kann freitragend auf Rähmchen gezogen werden.
    Abhängig von der Schichtdicke, dem gewünschtem Material und der benötigten aktiven Fläche ist es manchmal nicht möglich, die Targets freitragend herzustellen. In diesem Fall werden sie auf ein geeignetes Trägermaterial, dem sogenannten Backing aufgedampft, wie z.B. dünne Schichten aus Kohlenstoff oder Aluminium,  oder zur Stabilisierung auf ein Trägernetzchen aufgezogen.

3. Charakterisierung und Vermessung:

Jedes im Targetlabor hergestellte Target wird in Bezug auf sein Flächengewicht bzw. seine Dicke charakterisiert. Dies erfolgt bei dünnen Schichten durch Auswiegen oder indirekt durch Absorptionsmessung mit einem UV-Vis-Spektrometer mit Hilfe einer Eichkurve, die durch Bestimmen des Flächengewichts einer großen Anzahl von Proben und des entsprechenden Absorptionswertes für jedes Material separat erstellt wurde.

Dicke Schichten oder Massivtargets werden ebenfalls ausgewogen. Sie können zusätzlich mit mechanischen Messtastern in der Dicke vermessen werden. Für hochgenaue Messungen von Massivtargets, speziell wenn größere Flächen genau vermessen werden sollen, steht ein vollautomatischer Target Scanner zur Verfügung.

Haben Sie noch weiterführende Fragen oder Anmerkungen, so senden Sie bitte eine Email an B.Kindler.