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ESR – Speicherring für Schwerionen

Speicherringe dienen im Allgemeinen dazu, Ionen, die über Ionen­beschleuniger eingespeist werden, zu speichern und zu akku­mu­lieren, bis sehr hohe Strahl­ströme vorliegen. Die Strahl­qualität wird durch spezielle Elektronenkühler sichergestellt, so dass gleich­mäßige Ionenpakete im Speicherring gespeichert sind.

Der am Helmholtzzentrum GSI betriebene Experimentier­spei­cher­ring ESR ist der erste Speicherring, der einen weiten Arbeitsbereich von Helium (Z=1) bis Uran (Z=92) mit einer Ionengeschwindigkeit β von 10 % bis zu fast 90 % der Licht­ge­schwindigkeit abdeckt und damit als erster für Experimente an schweren Ionen geeignet ist. So­mit stellt der ESR einzigartige Möglichkeiten speziell für Ex­perimente mit den schwersten verfügbaren Ionen zur Verfügung.

Der ESR hat einen Umfang von 108,36 m und eine magnetische Steifig­keit von 10 Tm, dadurch wird es möglich Uranionen (U92+) bei einer Energie von 560 MeV/u zu speichern. Die Experimente er­folgen jedoch üblicherweise bei Energien von etwa 300 MeV/u. Dies entspricht etwa 65 % der Lichtge­schwindigkeit. Die Umlauf­frequenz liegt dann bei 2∗106 s-1. Der Druck im Inneren des Systems liegt bei 10-11 mbar, damit möglichst wenige Kollisionen zwischen Ionen und Restgasmolekülen auftreten.

Durch die Kühlung der Ionen im Elektronenkühler wird verhindert, dass der Strahl zu breit wird und dadurch an Qualität verliert. Außer­dem kompensiert die Kühlung das Aufheizen des Strahls, das durch Stöße der Ionen untereinander oder an Restgasmolekülen hervorgerufen werden kann.

Die linke Abbildung zeigt Dipol- und Quadrupolmagnete des ESR. Die rechte Abbildung zeigt den am ESR eingebauten Elektronenkühler.
Die linke Abbildung zeigt Dipol- und Quadrupolmagnete des ESR. Die rechte Abbildung zeigt den am ESR eingebauten Elektronenkühler.